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权衡时间与空间
理想情况下,我们希望算法的时间复杂度和空间复杂度都能够达到最优,而实际上,同时优化时间复杂度和空间复杂度是非常困难的。
降低时间复杂度,往往是以提升空间复杂度为代价的,反之亦然。我们把牺牲内存空间来提升算法运行速度的思路称为「以空间换时间」;反之,称之为「以时间换空间」。选择哪种思路取决于我们更看重哪个方面。
大多数情况下,时间都是比空间更宝贵的,只要空间复杂度不要太离谱、能接受就行,因此以空间换时间最为常用。
示例题目 *
以 LeetCode 全站第一题 两数之和 为例。
!!! question "两数之和"
给定一个整数数组 `nums` 和一个整数目标值 `target` ,请你在该数组中找出“和”为目标值 `target` 的那两个整数,并返回它们的数组下标。
你可以假设每种输入只会对应一个答案。但是,数组中同一个元素在答案里不能重复出现。
你可以按任意顺序返回答案。
「暴力枚举」和「辅助哈希表」分别对应 空间最优 和 时间最优 的两种解法。本着时间比空间更宝贵的原则,后者是本题的最佳解法。
方法一:暴力枚举
考虑直接遍历所有所有可能性。通过开启一个两层循环,判断两个整数的和是否为 target
,若是则返回它俩的索引(即下标)即可。
=== "Java"
```java title="leetcode_two_sum.java"
[class]{leetcode_two_sum}-[func]{twoSumBruteForce}
```
=== "C++"
```cpp title="leetcode_two_sum.cpp"
[class]{}-[func]{twoSumBruteForce}
```
=== "Python"
```python title="leetcode_two_sum.py"
[class]{}-[func]{two_sum_brute_force}
```
=== "Go"
```go title="leetcode_two_sum.go"
[class]{}-[func]{twoSumBruteForce}
```
=== "JavaScript"
```javascript title="leetcode_two_sum.js"
[class]{}-[func]{twoSumBruteForce}
```
=== "TypeScript"
```typescript title="leetcode_two_sum.ts"
[class]{}-[func]{twoSumBruteForce}
```
=== "C"
```c title="leetcode_two_sum.c"
[class]{}-[func]{twoSumBruteForce}
```
=== "C#"
```csharp title="leetcode_two_sum.cs"
[class]{leetcode_two_sum}-[func]{twoSumBruteForce}
```
=== "Swift"
```swift title="leetcode_two_sum.swift"
[class]{}-[func]{twoSumBruteForce}
```
=== "Zig"
```zig title="leetcode_two_sum.zig"
[class]{}-[func]{twoSumBruteForce}
```
该方法的时间复杂度为 O(N^2)
,空间复杂度为 O(1)
,属于时间换空间。本方法时间复杂度较高,在大数据量下非常耗时。
方法二:辅助哈希表
考虑借助一个哈希表,key 为数组元素、value 为元素索引。循环遍历数组中的每个元素 num
,并执行:
- 判断数字
target - num
是否在哈希表中,若是则直接返回该两个元素的索引; - 将元素
num
和其索引添加进哈希表;
=== "Java"
```java title="leetcode_two_sum.java"
[class]{leetcode_two_sum}-[func]{twoSumHashTable}
```
=== "C++"
```cpp title="leetcode_two_sum.cpp"
[class]{}-[func]{twoSumHashTable}
```
=== "Python"
```python title="leetcode_two_sum.py"
[class]{}-[func]{two_sum_hash_table}
```
=== "Go"
```go title="leetcode_two_sum.go"
[class]{}-[func]{twoSumHashTable}
```
=== "JavaScript"
```javascript title="leetcode_two_sum.js"
[class]{}-[func]{twoSumHashTable}
```
=== "TypeScript"
```typescript title="leetcode_two_sum.ts"
[class]{}-[func]{twoSumHashTable}
```
=== "C"
```c title="leetcode_two_sum.c"
[class]{}-[func]{twoSumHashTable}
```
=== "C#"
```csharp title="leetcode_two_sum.cs"
[class]{leetcode_two_sum}-[func]{twoSumHashTable}
```
=== "Swift"
```swift title="leetcode_two_sum.swift"
[class]{}-[func]{twoSumHashTable}
```
=== "Zig"
```zig title="leetcode_two_sum.zig"
[class]{}-[func]{twoSumHashTable}
```
该方法的时间复杂度为 O(N)
,空间复杂度为 O(N)
,体现空间换时间。本方法虽然引入了额外空间使用,但时间和空间使用整体更加均衡,因此为本题最优解法。