数据结构之一组图让你搞懂时间复杂度
内容导读
收集整理的这篇技术教程文章主要介绍了数据结构之一组图让你搞懂时间复杂度，小编现在分享给大家，供广大互联网技能从业者学习和参考。文章包含4659字，纯文字阅读大概需要7分钟。
内容图文
本篇文章中通过一组图片让你轻松明白什么是时间复杂度，有趣生动，具有一定学习价值，感兴趣的朋友快来了解一下吧。
时间复杂度的意义
究竟什么是时间复杂度呢？让我们来想象一个场景：某一天，小灰和大黄同时加入了一个公司......
一天过后，小灰和大黄各自交付了代码，两端代码实现的功能都差不多。大黄的代码运行一次要花100毫秒，内存占用5MB。小灰的代码运行一次要花100秒，内存占用500MB。于是......
由此可见，衡量代码的好坏，包括两个非常重要的指标：
1.运行时间；
2.占用空间。
基本操作执行次数
关于代码的基本操作执行次数，我们用四个生活中的场景，来做一下比喻：
场景1：给小灰一条长10寸的面包，小灰每3天吃掉1寸，那么吃掉整个面包需要几天？
答案自然是 3 X 10 = 30天。
如果面包的长度是 N 寸呢？
此时吃掉整个面包，需要 3 X n = 3n 天。
如果用一个函数来表达这个相对时间，可以记作 T（n） = 3n。
场景2：给小灰一条长16寸的面包，小灰每5天吃掉面包剩余长度的一半，第一次吃掉8寸，第二次吃掉4寸，第三次吃掉2寸......那么小灰把面包吃得只剩下1寸，需要多少天呢？
这个问题翻译一下，就是数字16不断地除以2，除几次以后的结果等于1？这里要涉及到数学当中的对数，以2位底，16的对数，可以简写为log16。
因此，把面包吃得只剩下1寸，需要 5 X log16 = 5 X 4 = 20 天。
如果面包的长度是 N 寸呢？
需要 5 X logn = 5logn天，记作 T（n） = 5logn。
场景3：给小灰一条长10寸的面包和一个鸡腿，小灰每2天吃掉一个鸡腿。那么小灰吃掉整个鸡腿需要多少天呢？
答案自然是2天。因为只说是吃掉鸡腿，和10寸的面包没有关系 。
如果面包的长度是 N 寸呢？
无论面包有多长，吃掉鸡腿的时间仍然是2天，记作 T（n） = 2。
场景4：给小灰一条长10寸的面包，小灰吃掉第一个一寸需要1天时间，吃掉第二个一寸需要2天时间，吃掉第三个一寸需要3天时间.....每多吃一寸，所花的时间也多一天。那么小灰吃掉整个面包需要多少天呢？
答案是从1累加到10的总和，也就是55天。
如果面包的长度是 N 寸呢？
此时吃掉整个面包，需要 1+2+3+......+ n-1 + n = (1+n)*n/2 = 0.5n^2 + 0.5n。
记作 T（n） = 0.5n^2 + 0.5n。
上面所讲的是吃东西所花费的相对时间，这一思想同样适用于对程序基本操作执行次数的统计。刚才的四个场景，分别对应了程序中最常见的四种执行方式：
场景1：T（n） = 3n，执行次数是线性的。
void eat1(int n){ for(int i=0; i<n; i++){; System.out.println("等待一天"); System.out.println("等待一天"); System.out.println("吃一寸面包"); }}vo场景2：T（n） = 5logn，执行次数是对数的。
void eat2(int n){ for(int i=1; i<n; i*=2){ System.out.println("等待一天"); System.out.println("等待一天"); System.out.println("等待一天"); System.out.println("等待一天"); System.out.println("吃一半面包"); }}场景3：T（n） = 2，执行次数是常量的。
void eat3(int n){ System.out.println("等待一天"); System.out.println("吃一个鸡腿");}场景4：T（n） = 0.5n^2 + 0.5n，执行次数是一个多项式。
void eat4(int n){ for(int i=0; i<n; i++){ for(int j=0; j<i; j++){ System.out.println("等待一天"); } System.out.println("吃一寸面包"); }}
渐进时间复杂度
有了基本操作执行次数的函数 T（n），是否就可以分析和比较一段代码的运行时间了呢？还是有一定的困难。
比如算法A的相对时间是T（n）= 100n，算法B的相对时间是T（n）= 5n^2，这两个到底谁的运行时间更长一些？这就要看n的取值了。
所以，这时候有了渐进时间复杂度（asymptotic time complectiy）的概念，官方的定义如下：
若存在函数 f（n），使得当n趋近于无穷大时，T（n）/ f（n）的极限值为不等于零的常数，则称 f（n）是T（n）的同数量级函数。
记作 T（n）= O（f（n）），称O（f（n）） 为算法的渐进时间复杂度，简称时间复杂度。
渐进时间复杂度用大写O来表示，所以也被称为大O表示法。
如何推导出时间复杂度呢？有如下几个原则：
如果运行时间是常数量级，用常数1表示；
只保留时间函数中的最高阶项；
如果最高阶项存在，则省去最高阶项前面的系数。
让我们回头看看刚才的四个场景。
场景1：
T（n） = 3n
最高阶项为3n，省去系数3，转化的时间复杂度为：
T（n） = O（n）
场景2：
T（n） = 5logn
最高阶项为5logn，省去系数5，转化的时间复杂度为：
T（n） = O（logn）
场景3：
T（n） = 2
只有常数量级，转化的时间复杂度为：
T（n） = O（1）
场景4：
T（n） = 0.5n^2 + 0.5n
最高阶项为0.5n^2，省去系数0.5，转化的时间复杂度为：
T（n） = O（n^2）
这四种时间复杂度究竟谁用时更长，谁节省时间呢？稍微思考一下就可以得出结论：
O（1）< O（logn）< O（n）< O（n^2）
在编程的世界中有着各种各样的算法，除了上述的四个场景，还有许多不同形式的时间复杂度，比如：
O（nlogn）, O（n^3）, O（m*n），O（2^n），O（n！）
今后遨游在代码的海洋里，我们会陆续遇到上述时间复杂度的算法。
时间复杂度的巨大差异
我们来举过一个栗子：
算法A的相对时间规模是T（n）= 100n，时间复杂度是O(n)
算法B的相对时间规模是T（n）= 5n^2，时间复杂度是O(n^2)
算法A运行在小灰家里的老旧电脑上，算法B运行在某台超级计算机上，运行速度是老旧电脑的100倍。
那么，随着输入规模 n 的增长，两种算法谁运行更快呢？
从表格中可以看出，当n的值很小的时候，算法A的运行用时要远大于算法B；当n的值达到1000左右，算法A和算法B的运行时间已经接近；当n的值越来越大，达到十万、百万时，算法A的优势开始显现，算法B则越来越慢，差距越来越明显。
这就是不同时间复杂度带来的差距。
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内容总结
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