1. 算法优劣评判的标准
算法是解决问题的方法,而一个问题可以有多个算法。我们何以比较算法的优劣呢?写过代码的都知道,编写代码时可以在易读性、健壮性、可维护性、可扩展性等方便评判程序的优劣,可是对于算法这些都不是最关键的方面,算法的核心和灵魂是效率。道理浅显易懂,如果你算法编写的再易读、代码再漂亮,但是解决一个问题,需要若干年才有结果,试问这样的算法还有什么意义?
2. 如何表示算法的效率
算法的时间复杂性(time complexity)分析是一种事前分析估算的方法,它是对算法所消耗资源的一种渐进分析方法。所谓的渐进分析法就是忽略了编程语言、具体的机器、编译器的影响,只关注输入规模增大时算法运行时间增大的规模趋势。
3. 输入规模和基本语句
撇开计算机硬件配置的影响,影响算法时间代价的最主要因素是输入规模。例如查找1000以内所有的素数,这里的输入规模就是1000;对N个整数进行排序,这里的N就是输入规模。
想要精确表示算法的运行时间函数常常是很困难的,考虑到算法的主要目的在于比较求解同一个问题的不同算法的效率,可以用算法中的基本语句的执行次数来度量算法的工作量。基本语句(basic statment)是执行次数与整个算法的执行次数成正比的语句,基本语句对算法运行时间贡献最大,是算法中的重要操作。
以冒泡排序算法为例,对一个长度为n的数组进行冒泡排序,它的实现过程可以描述为以下步骤:
1. 第一趟排序:取第一个值和第二个值比较,如果第一个值大于第二个值,则交换位置,否则不做变动;然后第二个值和第三个值作比较,如此进行n-1次后,可以确保数组最后一个值为数组中最大的值。因此第二趟比较时,最后一个值无需参加比较。
2. 第二趟排序:跟第一趟类似,只是最后一个值无需再做比较,因此只需n-2趟排序。
3. 重复上述步骤,重复n-1趟后,冒泡排序完成。
我们需要对长度为n的数组进行排序,因此这个算法里的输入规模为 n,而这个算法的基本语句是 前值和后值的比较(a[i]>a[i+1])。因此,我们来分析这样的比较语句被执行了多少次,就可以分析出这个算法的时间复杂性。第一趟排序,n个值比较大小,可以推算出语句执行了n-1次;第二趟,最后一个值无需再参与比较,因此执行了n-2次;当比较了n-1趟时,还剩一个最小值,无需在做比较,因此总共比较了[(n-1)+(n-2)+(n-3)+......+(n-n+1) ]趟;是一个等差数列求和的问题,计算可得:[(n-1+1)(n-1)]/2=;取指数最早项,可得,冒泡排序得时间复杂性为:O()。