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krahets 2023-08-21 03:06:53 +08:00
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commit f5dda8d99a
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@ -8,7 +8,7 @@
/* 函数 */ /* 函数 */
int func() { int func() {
// do something // 执行某些操作
return 0; return 0;
} }

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@ -8,7 +8,7 @@
/* 函数 */ /* 函数 */
int func() { int func() {
// do something // 执行某些操作
return 0; return 0;
} }

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@ -9,7 +9,7 @@ namespace hello_algo.chapter_computational_complexity;
public class space_complexity { public class space_complexity {
/* 函数 */ /* 函数 */
static int function() { static int function() {
// do something // 执行某些操作
return 0; return 0;
} }

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@ -11,7 +11,7 @@ import '../utils/tree_node.dart';
/* 函数 */ /* 函数 */
int function() { int function() {
// do something //
return 0; return 0;
} }

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@ -44,7 +44,7 @@ func printTree(root *treeNode) {
/* 函数 */ /* 函数 */
func function() int { func function() int {
// do something... // 执行某些操作...
return 0 return 0
} }

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@ -12,7 +12,7 @@ import java.util.*;
public class space_complexity { public class space_complexity {
/* 函数 */ /* 函数 */
static int function() { static int function() {
// do something // 执行某些操作
return 0; return 0;
} }

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@ -10,7 +10,7 @@ const { printTree } = require('../modules/PrintUtil');
/* 函数 */ /* 函数 */
function constFunc() { function constFunc() {
// do something // 执行某些操作
return 0; return 0;
} }

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@ -12,7 +12,7 @@ from modules import *
def function() -> int: def function() -> int:
"""函数""" """函数"""
# do something # 执行某些操作
return 0 return 0

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@ -14,7 +14,7 @@ use tree_node::TreeNode;
/* 函数 */ /* 函数 */
fn function() ->i32 { fn function() ->i32 {
// do something // 执行某些操作
return 0; return 0;
} }

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@ -9,7 +9,7 @@ import utils
/* */ /* */
@discardableResult @discardableResult
func function() -> Int { func function() -> Int {
// do something //
return 0 return 0
} }

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@ -10,7 +10,7 @@ import { printTree } from '../modules/PrintUtil';
/* 函数 */ /* 函数 */
function constFunc(): number { function constFunc(): number {
// do something // 执行某些操作
return 0; return 0;
} }

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@ -7,7 +7,7 @@ const inc = @import("include");
// //
fn function() i32 { fn function() i32 {
// do something //
return 0; return 0;
} }

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@ -34,7 +34,7 @@
/* 函数 */ /* 函数 */
int function() { int function() {
// do something... // 执行某些操作...
return 0; return 0;
} }
@ -59,7 +59,7 @@
/* 函数 */ /* 函数 */
int func() { int func() {
// do something... // 执行某些操作...
return 0; return 0;
} }
@ -83,7 +83,7 @@
def function() -> int: def function() -> int:
"""函数""" """函数"""
# do something... # 执行某些操作...
return 0 return 0
def algorithm(n) -> int: # 输入数据 def algorithm(n) -> int: # 输入数据
@ -110,7 +110,7 @@
/* 函数 */ /* 函数 */
func function() int { func function() int {
// do something... // 执行某些操作...
return 0 return 0
} }
@ -138,7 +138,7 @@
/* 函数 */ /* 函数 */
function constFunc() { function constFunc() {
// do something // 执行某些操作
return 0; return 0;
} }
@ -166,7 +166,7 @@
/* 函数 */ /* 函数 */
function constFunc(): number { function constFunc(): number {
// do something // 执行某些操作
return 0; return 0;
} }
@ -184,7 +184,7 @@
```c title="" ```c title=""
/* 函数 */ /* 函数 */
int func() { int func() {
// do something... // 执行某些操作...
return 0; return 0;
} }
@ -208,7 +208,7 @@
/* 函数 */ /* 函数 */
int function() { int function() {
// do something... // 执行某些操作...
return 0; return 0;
} }
@ -236,7 +236,7 @@
/* 函数 */ /* 函数 */
func function() -> Int { func function() -> Int {
// do something... // 执行某些操作...
return 0 return 0
} }
@ -267,7 +267,7 @@
/* 函数 */ /* 函数 */
int function() { int function() {
// do something... // 执行某些操作...
return 0; return 0;
} }
@ -435,7 +435,7 @@
```java title="" ```java title=""
int function() { int function() {
// do something // 执行某些操作
return 0; return 0;
} }
/* 循环 O(1) */ /* 循环 O(1) */
@ -455,7 +455,7 @@
```cpp title="" ```cpp title=""
int func() { int func() {
// do something // 执行某些操作
return 0; return 0;
} }
/* 循环 O(1) */ /* 循环 O(1) */
@ -475,7 +475,7 @@
```python title="" ```python title=""
def function() -> int: def function() -> int:
# do something # 执行某些操作
return 0 return 0
def loop(n: int): def loop(n: int):
@ -493,7 +493,7 @@
```go title="" ```go title=""
func function() int { func function() int {
// do something // 执行某些操作
return 0 return 0
} }
@ -517,7 +517,7 @@
```javascript title="" ```javascript title=""
function constFunc() { function constFunc() {
// do something // 执行某些操作
return 0; return 0;
} }
/* 循环 O(1) */ /* 循环 O(1) */
@ -537,7 +537,7 @@
```typescript title="" ```typescript title=""
function constFunc(): number { function constFunc(): number {
// do something // 执行某些操作
return 0; return 0;
} }
/* 循环 O(1) */ /* 循环 O(1) */
@ -557,7 +557,7 @@
```c title="" ```c title=""
int func() { int func() {
// do something // 执行某些操作
return 0; return 0;
} }
/* 循环 O(1) */ /* 循环 O(1) */
@ -577,7 +577,7 @@
```csharp title="" ```csharp title=""
int function() { int function() {
// do something // 执行某些操作
return 0; return 0;
} }
/* 循环 O(1) */ /* 循环 O(1) */
@ -598,7 +598,7 @@
```swift title="" ```swift title=""
@discardableResult @discardableResult
func function() -> Int { func function() -> Int {
// do something // 执行某些操作
return 0 return 0
} }
@ -628,7 +628,7 @@
```dart title="" ```dart title=""
int function() { int function() {
// do something // 执行某些操作
return 0; return 0;
} }
/* 循环 O(1) */ /* 循环 O(1) */
@ -847,7 +847,7 @@ $$
[class]{}-[func]{linear} [class]{}-[func]{linear}
``` ```
以下递归函数会同时存在 $n$ 个未返回的 `algorithm()` 函数,使用 $O(n)$ 大小的栈帧空间: 以下函数的递归深度为 $n$ ,即同时存在 $n$ 个未返回的 `linear_recur()` 函数,使用 $O(n)$ 大小的栈帧空间:
=== "Java" === "Java"
@ -999,7 +999,7 @@ $$
[class]{}-[func]{quadratic} [class]{}-[func]{quadratic}
``` ```
在以下递归函数中,同时存在 $n$ 个未返回的 `algorithm()` ,并且每个函数中都初始化了一个数组,长度分别为 $n, n-1, n-2, ..., 2, 1$ ,平均长度为 $\frac{n}{2}$ ,因此总体占用 $O(n^2)$ 空间。 以下函数的递归深度为 $n$ ,在每个递归函数中都初始化了一个数组,长度分别为 $n, n-1, n-2, ..., 2, 1$ ,平均长度为 $n / 2$ ,因此总体占用 $O(n^2)$ 空间。
=== "Java" === "Java"
@ -1155,11 +1155,9 @@ $$
### 对数阶 $O(\log n)$ ### 对数阶 $O(\log n)$
对数阶常见于分治算法和数据类型转换等 对数阶常见于分治算法。例如归并排序,输入长度为 $n$ 的数组,每轮递归将数组从中点划分为两半,形成高度为 $\log n$ 的递归树,使用 $O(\log n)$ 栈帧空间
例如归并排序算法,输入长度为 $n$ 的数组,每轮递归将数组从中点划分为两半,形成高度为 $\log n$ 的递归树,使用 $O(\log n)$ 栈帧空间。 再例如将数字转化为字符串,输入一个正整数 $n$ ,它的位数为 $\log_{10} n + 1$ ,即对应字符串长度为 $\log_{10} n + 1$ ,因此空间复杂度为 $O(\log_{10} n + 1) = O(\log n)$ 。
再例如将数字转化为字符串,输入任意正整数 $n$ ,它的位数为 $\log_{10} n + 1$ ,即对应字符串长度为 $\log_{10} n + 1$ ,因此空间复杂度为 $O(\log_{10} n + 1) = O(\log n)$ 。
## 权衡时间与空间 ## 权衡时间与空间

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@ -1210,11 +1210,7 @@ $$
![常数阶、线性阶和平方阶的时间复杂度](time_complexity.assets/time_complexity_constant_linear_quadratic.png) ![常数阶、线性阶和平方阶的时间复杂度](time_complexity.assets/time_complexity_constant_linear_quadratic.png)
以冒泡排序为例,外层循环执行 $n - 1$ 次,内层循环执行 $n-1, n-2, \cdots, 2, 1$ 次,平均为 $\frac{n}{2}$ 次,因此时间复杂度为 $O(n^2)$ 以冒泡排序为例,外层循环执行 $n - 1$ 次,内层循环执行 $n-1, n-2, \cdots, 2, 1$ 次,平均为 $n / 2$ 次,因此时间复杂度为 $O((n - 1) n / 2) = O(n^2)$ 。
$$
O((n - 1) \frac{n}{2}) = O(n^2)
$$
=== "Java" === "Java"
@ -1596,7 +1592,11 @@ $$
[class]{}-[func]{log_recur} [class]{}-[func]{log_recur}
``` ```
对数阶常出现于基于分治策略的算法中,体现了“一分为多”和“化繁为简”的算法思想。它增长缓慢,是理想的时间复杂度,仅次于常数阶。 对数阶常出现于基于分治策略的算法中,体现了“一分为多”和“化繁为简”的算法思想。它增长缓慢,是仅次于常数阶的理想的时间复杂度。
!!! tip
“一分为 $m$”对应的时间复杂度 $O(\log_m n)$ 。我们通常会省略底数 $m$ ,直接将其记为 $O(\log n)$ 。
### 线性对数阶 $O(n \log n)$ ### 线性对数阶 $O(n \log n)$
@ -1762,7 +1762,7 @@ $$
![阶乘阶的时间复杂度](time_complexity.assets/time_complexity_factorial.png) ![阶乘阶的时间复杂度](time_complexity.assets/time_complexity_factorial.png)
请注意,因为 $n! > 2^n$ ,所以阶乘阶比指数阶增长得更快,在 $n$ 较大时也是不可接受的。 请注意,因为当 $n \geq 4$ 时恒有 $n! > 2^n$ ,所以阶乘阶比指数阶增长得更快,在 $n$ 较大时也是不可接受的。
## 最差、最佳、平均时间复杂度 ## 最差、最佳、平均时间复杂度
@ -1892,7 +1892,7 @@ $$
从上述示例可以看出,最差或最佳时间复杂度只出现于“特殊的数据分布”,这些情况的出现概率可能很小,并不能真实地反映算法运行效率。相比之下,**平均时间复杂度可以体现算法在随机输入数据下的运行效率**,用 $\Theta$ 记号来表示。 从上述示例可以看出,最差或最佳时间复杂度只出现于“特殊的数据分布”,这些情况的出现概率可能很小,并不能真实地反映算法运行效率。相比之下,**平均时间复杂度可以体现算法在随机输入数据下的运行效率**,用 $\Theta$ 记号来表示。
对于部分算法,我们可以简单地推算出随机数据分布下的平均情况。比如上述示例,由于输入数组是被打乱的,因此元素 $1$ 出现在任意索引的概率都是相等的,那么算法的平均循环次数就是数组长度的一半 $\frac{n}{2}$ ,平均时间复杂度为 $\Theta(\frac{n}{2}) = \Theta(n)$ 。 对于部分算法,我们可以简单地推算出随机数据分布下的平均情况。比如上述示例,由于输入数组是被打乱的,因此元素 $1$ 出现在任意索引的概率都是相等的,那么算法的平均循环次数就是数组长度的一半 $n / 2$ ,平均时间复杂度为 $\Theta(n / 2) = \Theta(n)$ 。
但对于较为复杂的算法,计算平均时间复杂度往往是比较困难的,因为很难分析出在数据分布下的整体数学期望。在这种情况下,我们通常使用最差时间复杂度作为算法效率的评判标准。 但对于较为复杂的算法,计算平均时间复杂度往往是比较困难的,因为很难分析出在数据分布下的整体数学期望。在这种情况下,我们通常使用最差时间复杂度作为算法效率的评判标准。

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@ -34,7 +34,7 @@
### 操作数量优化 ### 操作数量优化
以“冒泡排序”为例,其处理一个长度为 $n$ 的数组需要 $O(n^2)$ 时间。假设我们把数组从中点分为两个子数组,则划分需要 $O(n)$ 时间,排序每个子数组需要 $O((\frac{n}{2})^2)$ 时间,合并两个子数组需要 $O(n)$ 时间,总体时间复杂度为: 以“冒泡排序”为例,其处理一个长度为 $n$ 的数组需要 $O(n^2)$ 时间。假设我们把数组从中点分为两个子数组,则划分需要 $O(n)$ 时间,排序每个子数组需要 $O((n / 2)^2)$ 时间,合并两个子数组需要 $O(n)$ 时间,总体时间复杂度为:
$$ $$
O(n + (\frac{n}{2})^2 \times 2 + n) = O(\frac{n^2}{2} + 2n) O(n + (\frac{n}{2})^2 \times 2 + n) = O(\frac{n^2}{2} + 2n)

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@ -26,7 +26,7 @@
数据结构与算法高度相关、紧密结合,具体表现在以下几个方面。 数据结构与算法高度相关、紧密结合,具体表现在以下几个方面。
- 数据结构是算法的基石。数据结构为算法提供了结构化存储的数据,以及用于操作数据的方法。 - 数据结构是算法的基石。数据结构为算法提供了结构化存储的数据,以及用于操作数据的方法。
- 算法是数据结构发挥作用的舞台。数据结构本身仅存储数据信息,通过结合算法才能解决特定问题。 - 算法是数据结构发挥作用的舞台。数据结构本身仅存储数据信息,结合算法才能解决特定问题。
- 特定算法通常会有对应最优的数据结构。算法通常可以基于不同的数据结构进行实现,但最终执行效率可能相差很大。 - 特定算法通常会有对应最优的数据结构。算法通常可以基于不同的数据结构进行实现,但最终执行效率可能相差很大。
![数据结构与算法的关系](what_is_dsa.assets/relationship_between_data_structure_and_algorithm.png) ![数据结构与算法的关系](what_is_dsa.assets/relationship_between_data_structure_and_algorithm.png)

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@ -188,6 +188,6 @@
## 算法特性 ## 算法特性
- **时间复杂度为 $O(n^2)$ 、自适应排序** :各轮“冒泡”遍历的数组长度依次为 $n - 1$ , $n - 2$ , $\cdots$ , $2$ , $1$ ,总和为 $\frac{(n - 1) n}{2}$ 。在引入 `flag` 优化后,最佳时间复杂度可达到 $O(n)$ 。 - **时间复杂度为 $O(n^2)$ 、自适应排序** :各轮“冒泡”遍历的数组长度依次为 $n - 1$ , $n - 2$ , $\cdots$ , $2$ , $1$ ,总和为 $(n - 1) n / 2$ 。在引入 `flag` 优化后,最佳时间复杂度可达到 $O(n)$ 。
- **空间复杂度为 $O(1)$ 、原地排序**:指针 $i$ , $j$ 使用常数大小的额外空间。 - **空间复杂度为 $O(1)$ 、原地排序**:指针 $i$ , $j$ 使用常数大小的额外空间。
- **稳定排序**:由于在“冒泡”中遇到相等元素不交换。 - **稳定排序**:由于在“冒泡”中遇到相等元素不交换。

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@ -335,7 +335,7 @@
**在某些输入下,快速排序可能占用空间较多**。以完全倒序的输入数组为例,由于每轮哨兵划分后右子数组长度为 $0$ ,递归树的高度会达到 $n - 1$ ,此时需要占用 $O(n)$ 大小的栈帧空间。 **在某些输入下,快速排序可能占用空间较多**。以完全倒序的输入数组为例,由于每轮哨兵划分后右子数组长度为 $0$ ,递归树的高度会达到 $n - 1$ ,此时需要占用 $O(n)$ 大小的栈帧空间。
为了防止栈帧空间的累积,我们可以在每轮哨兵排序完成后,比较两个子数组的长度,**仅对较短的子数组进行递归**。由于较短子数组的长度不会超过 $\frac{n}{2}$ ,因此这种方法能确保递归深度不超过 $\log n$ ,从而将最差空间复杂度优化至 $O(\log n)$ 。 为了防止栈帧空间的累积,我们可以在每轮哨兵排序完成后,比较两个子数组的长度,**仅对较短的子数组进行递归**。由于较短子数组的长度不会超过 $n / 2$ ,因此这种方法能确保递归深度不超过 $\log n$ ,从而将最差空间复杂度优化至 $O(\log n)$ 。
=== "Java" === "Java"

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@ -88,7 +88,7 @@
**时间复杂度**:所有节点被访问一次,使用 $O(n)$ 时间,其中 $n$ 为节点数量。 **时间复杂度**:所有节点被访问一次,使用 $O(n)$ 时间,其中 $n$ 为节点数量。
**空间复杂度**:在最差情况下,即满二叉树时,遍历到最底层之前,队列中最多同时存在 $\frac{n + 1}{2}$ 个节点,占用 $O(n)$ 空间。 **空间复杂度**:在最差情况下,即满二叉树时,遍历到最底层之前,队列中最多同时存在 $(n + 1) / 2$ 个节点,占用 $O(n)$ 空间。
## 前序、中序、后序遍历 ## 前序、中序、后序遍历