通過js示例講解時間復雜度與空間復雜度

1. 博客背景

今天有同事在檢查代碼的時候，由于函數寫的性能不是很好，被打回去重構了，細思極恐，今天和大家分享一篇用js講解的時間復雜度和空間復雜度的博客

2. 復雜度的表示方式

之前有看過的，你可能會看到這么一串東西

T(n) = O(f(n)) 
S(n) = O(f(n)) 

這個叫做大O表示法，其中的T代表的是算法需要執行的總時間

S表示的算法需要的總空間

f(n)表示的是代碼執行的總次數

舉個例子

function go(n) { 
 var item = 0;   // 這里執行了一次
 for (var i = 0; i < n; i++) {  //這里執行了N次
  for (var j = 0; j < n; j++) {   //這里執行了n*n次
   item = item + i + j;   //這里執行了n*n次
  }
 }
 return item; //這里執行了一次
}

所以說上邊這段代碼是 1+n+n*n*2+1=2+n+2n²

也就是說 T(n) = O(f(2+n+2n²))

然后之前說了時間復雜度看的是一個代碼執行的時間的趨勢， 所以說在N，也就是規模比較大的時候，那些常量是起不到決定性的作用的，所以這個時候我們忽略這些常量，這里的例子是一個單段的代碼，這里只看最大量級的循環就可以了

所以最后的這個代碼的時間復雜度是T(n) = O(n²)

大家可以想想一下數據中平方的曲線圖

3. 時間復雜度

3.1 時間復雜度的定義

首先什么是時間復雜度，時間復雜度這個定義如果在之前沒有接觸過的話，你可能會認為他代表的是一個代碼執行的時間，其實不然，算法的時間復雜度就是說一個算法的執行時間根據數據規模增長的一個趨勢，并不是說代碼執行的具體時間

3.2 幾種常見的時間復雜度

最簡單的O(n)

for (var i = 0; i < n; i++) { 
sum += i; 
}

通俗易懂，這段代碼的執行時間完全由N來控制，所以說T(n) = O(n)

當然還有個更簡單的O(1)

function total(n) {

console.log(1)
}

無論怎么樣，這段函數不受任何參數影響，代碼走一遍就完事，這種的代碼用T(n) = O(1) 表示

T(n) = O(n²)

上邊的例子已經說了一個了兩層循環的那種，在舉一個時間復雜度多塊代碼的情況時間復雜度的計算方式

function go(i) {
 var sum = 0;
 for (var j = 0; j < i; j++) {
  sum += i;
 }
 return sum;
}
function main(n) {
 var res = 0;
 for (var i = 0; i < n; i++) {
  res = res + go(i); // 這里是重點
 }
}

在上邊的代碼種第二段代碼里邊調用了第一段代碼，所以說在這個代碼里邊是

go：（1+n）

在main函數里邊的時候是(1+n*go)=(1+n+n*n)

所以最后的時間復雜度是T(n) = O(n²)

3.3 多塊代碼的時間復雜度

上邊距離說明的T(n) = O(n²) ，是一個函數在另一個函數里邊被調用，這種情況是被把兩個函數的時間復雜度相乘。

還有另外一種情況，就是說在一個函數里邊有多塊代碼，但是并沒有被相互調用，那么這種情況的時候，我們只需要取復雜度最大的代碼塊就可以了

比如說

    function go(n) {

     for (var i = 0; i < n; i++) {
      for (var j = 0; j < n; j++) {
       console.log(1)
      }
     }


     for (var i = 0; i < n; i++) {
      console.log(2)
     }
    }

上邊這塊代碼中，第一塊代碼有兩層循環，通過上邊的例子我們已經得知復雜度是
n²

下邊這塊代碼，是n

那么在這種情況的時候，當N接近無限大的時候N是對n²起不到決定性作用的，所以上邊這塊代碼的時間復雜度就是取最大值的n²

3.4 對數階和相加情況

var i = 1;
while (i <= n) {
    i = i * 10;
}

在這段代碼中，可以看到while里邊，作為判斷條件的i被每次*10，那么所以說最后循環的次數并不是n次，而是說十分之一n次，所以說這個時候的時間復雜度是10i=n，
i=logn

所以得出結論就是時間復雜度是T(n)=O(logn)

然后還有一種情況就是通過改變的變量去增加循環次數的，同理是增加了時間復雜度

還有一些其他的情況比如時間復雜度相加

function go(m,n) {

 for (var i = 0; i < n; i++) {
  console.log(1)
 }

 for (var i = 0; i < m; i++) {
  console.log(2)
 }

}

請看上邊這一段，這段代碼里邊一個函數里邊有兩個循環，但是形參有兩個，我們現在無法得知n和m到底誰大誰小，所以說這個時候代碼的時間復雜度是O(m+n)

4. 空間復雜度

4.1 空間復雜度的定義

上邊說了那么一大堆的時間復雜度，相比各位已經比較了解了，就名字來看，時間復雜度看的是代碼的執行時間的趨勢，那么同理的，空間復雜度就是指的占用內存的趨勢

4.2 常見的空間復雜度

空間復雜度沒有時間復雜度那么復雜，常見的就那么幾種

畢竟我感覺不會有人一直循環著各種花樣的聲明變量吧。。。

如果有，那么請打死。。。。

• O(1)

let a = 1;
let b = 1;
let c = 1;
let d = 1;

很簡單，O(1)

• O(n)

let arr =Array(n)

看這句代碼，代碼中創建了一個n長度的數組，很明顯數組的長度根據n來決定，所以說
O(n)

這里需要說明一下，這里沒有用循環，是因為只要不是在循環里邊不停的聲明變量，只改變值的話是不會層架空間復雜度的

• O(n²)

let arr=[]
for (var i = 0; i < n; i++) {
  arr[i]=i
  for (var j = 0; j < n; j++) {
    arr[i][j]=j
  }
}

怎么樣，猛的一看這個代碼是不是很刺激，我覺得如果有這種情況的話，一般都會被亂棍打死了。。。

復雜度的優化

再說優化之前我先盜一張圖給大家看一下各個復雜度的曲線圖，方便大家有一個直觀的認識

舉個比較簡單的優化的例子

console.time('a')
function go(n) {
   var item = 0;
   for (var i = 1; i <= n; i++) {
    item += i;
   }
   return item;
}
console.timeEnd('a')

console.time('b')
function go2(n) {
 var item = n*(n+1)/2
 return item;
}
console.timeEnd('b')

go(1000)
go2(1000)

大家可以打印一下看一下

希望大家原諒我數學不好，記得之前看到過一個等差數列的例子，想不到其他的性能優化的例子

希望大家看完之后可以了解這些概念，有的時候這個東西真的很重要，找一個曲線比較高的例子

斐波那契，就是從第三項開始依次等于前兩項的和

斐波那契定義

function Fibonacci(n) {
  if (n <= 1 ) {
    return n;
  } else {
    return Fibonacci(n - 1) + Fibonacci(n - 2);
  }
}

console.time('b')
Fibonacci(????)
console.timeEnd('b')

有興趣的可以試試打印一下，看看時間，不過大概50次的時候你得瀏覽器就應該沒有響應了，具體請往上看曲線圖。。。。

以上是我對時間復雜度和空間復雜度的一些認識，有不足或者不對的地方，希望指出來

總結

以上就是這篇文章的全部內容了，希望本文的內容對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，謝謝大家對億速云的支持。