有没有什么情况下你更喜欢O(log n)时间复杂度而不是O(1)时间复杂度?还是O(n)到O(log n)

你能举个例子吗?


当前回答

有很多很好的答案,其中一些提到了常量因素,输入大小和内存限制,以及许多其他原因,复杂性只是一个理论指导原则,而不是最终决定现实世界是否适合给定的目的或速度。

这里有一个简单而具体的例子来说明这些想法。假设我们想要找出一个数组是否有重复的元素。简单的二次型方法是编写一个嵌套循环:

const hasDuplicate = arr => { 对于(设I = 0;I < arrr .length;我+ +){ For(令j = I + 1;J < arrr .length;j + +) { If (arr[i] === arr[j]) { 返回true; } } } 返回错误; }; console.log(hasDuplicate([1,2,3,4])); console.log(hasDuplicate([1,2,4,4]));

但这可以通过创建一组数据结构(即删除重复项),然后将其大小与数组的长度进行比较,在线性时间内完成:

const hasDuplicate = arr => new Set(arr)。== arrr .length; console.log(hasDuplicate([1,2,3,4])); console.log(hasDuplicate([1,2,4,4]));

大O告诉我们,从时间复杂性的角度来看,新的Set方法将更好地扩展。

然而,事实证明,“天真的”二次元方法有很多大O不能解释的:

没有额外的内存占用 没有堆内存分配(没有新的) 临时Set没有垃圾收集 早期的救助;在已知副本可能位于数组前面的情况下,不需要检查多个元素。

如果我们的用例是在有限的小数组上,我们有一个资源受限的环境和/或其他已知的常见情况属性,允许我们通过基准测试建立嵌套循环在特定工作负载上更快,这可能是一个好主意。

另一方面,也许可以预先创建一次集合并重复使用,在所有查找中摊销其开销成本。

这不可避免地导致可维护性/可读性/优雅性和其他“软”成本。在这种情况下,新的Set()方法可能更具可读性,但通常(如果不是更多的话)要获得更好的复杂性需要付出巨大的工程成本。

创建和维护持久的、有状态的Set结构可能会带来bug、内存/缓存压力、代码复杂性和所有其他设计权衡方式。最优地协商这些权衡是软件工程的一个重要部分,而时间复杂性只是帮助指导这个过程的一个因素。


我还没有看到其他一些例子:

In real-time environments, for example resource-constrained embedded systems, sometimes complexity sacrifices are made (typically related to caches and memory or scheduling) to avoid incurring occasional worst-case penalties that can't be tolerated because they might cause jitter. Also in embedded programming, the size of the code itself can cause cache pressure, impacting memory performance. If an algorithm has worse complexity but will result in massive code size savings, that might be a reason to choose it over an algorithm that's theoretically better. In most implementations of recursive linearithmic algorithms like quicksort, when the array is small enough, a quadratic sorting algorithm like insertion sort is often called because the overhead of recursive function calls on increasingly tiny arrays tends to outweigh the cost of nested loops. Insertion sort is also fast on mostly-sorted arrays as the inner loop won't run much. This answer discusses this in an older version of Chrome's V8 engine before they moved to Timsort.

其他回答

给已经好的答案锦上添花。一个实际的例子是postgres数据库中的哈希索引和b树索引。

哈希索引形成一个哈希表索引来访问磁盘上的数据,而btree顾名思义使用的是btree数据结构。

大O时间是O(1) vs O(logN)

目前不鼓励在postgres中使用哈希索引,因为在现实生活中,特别是在数据库系统中,实现无冲突的哈希是非常困难的(可能导致O(N)最坏情况的复杂性),正因为如此,使它们具有崩溃安全性就更加困难了(在postgres中称为提前写日志- WAL)。

在这种情况下进行这种权衡,因为O(logN)对于索引来说已经足够好了,而实现O(1)非常困难,而且时间差并不重要。

有很多很好的答案,其中一些提到了常量因素,输入大小和内存限制,以及许多其他原因,复杂性只是一个理论指导原则,而不是最终决定现实世界是否适合给定的目的或速度。

这里有一个简单而具体的例子来说明这些想法。假设我们想要找出一个数组是否有重复的元素。简单的二次型方法是编写一个嵌套循环:

const hasDuplicate = arr => { 对于(设I = 0;I < arrr .length;我+ +){ For(令j = I + 1;J < arrr .length;j + +) { If (arr[i] === arr[j]) { 返回true; } } } 返回错误; }; console.log(hasDuplicate([1,2,3,4])); console.log(hasDuplicate([1,2,4,4]));

但这可以通过创建一组数据结构(即删除重复项),然后将其大小与数组的长度进行比较,在线性时间内完成:

const hasDuplicate = arr => new Set(arr)。== arrr .length; console.log(hasDuplicate([1,2,3,4])); console.log(hasDuplicate([1,2,4,4]));

大O告诉我们,从时间复杂性的角度来看,新的Set方法将更好地扩展。

然而,事实证明,“天真的”二次元方法有很多大O不能解释的:

没有额外的内存占用 没有堆内存分配(没有新的) 临时Set没有垃圾收集 早期的救助;在已知副本可能位于数组前面的情况下,不需要检查多个元素。

如果我们的用例是在有限的小数组上,我们有一个资源受限的环境和/或其他已知的常见情况属性,允许我们通过基准测试建立嵌套循环在特定工作负载上更快,这可能是一个好主意。

另一方面,也许可以预先创建一次集合并重复使用,在所有查找中摊销其开销成本。

这不可避免地导致可维护性/可读性/优雅性和其他“软”成本。在这种情况下,新的Set()方法可能更具可读性,但通常(如果不是更多的话)要获得更好的复杂性需要付出巨大的工程成本。

创建和维护持久的、有状态的Set结构可能会带来bug、内存/缓存压力、代码复杂性和所有其他设计权衡方式。最优地协商这些权衡是软件工程的一个重要部分,而时间复杂性只是帮助指导这个过程的一个因素。


我还没有看到其他一些例子:

In real-time environments, for example resource-constrained embedded systems, sometimes complexity sacrifices are made (typically related to caches and memory or scheduling) to avoid incurring occasional worst-case penalties that can't be tolerated because they might cause jitter. Also in embedded programming, the size of the code itself can cause cache pressure, impacting memory performance. If an algorithm has worse complexity but will result in massive code size savings, that might be a reason to choose it over an algorithm that's theoretically better. In most implementations of recursive linearithmic algorithms like quicksort, when the array is small enough, a quadratic sorting algorithm like insertion sort is often called because the overhead of recursive function calls on increasingly tiny arrays tends to outweigh the cost of nested loops. Insertion sort is also fast on mostly-sorted arrays as the inner loop won't run much. This answer discusses this in an older version of Chrome's V8 engine before they moved to Timsort.

在n有界且O(1)算法的常数乘子高于log(n)上的界的任意点。例如,在哈希集中存储值是O(1),但可能需要对哈希函数进行昂贵的计算。如果数据项可以简单地进行比较(相对于某些顺序),并且n的边界是这样的,log n明显小于任何一项上的哈希计算,那么存储在平衡二叉树中可能比存储在哈希集中更快。

对于安全应用程序来说,这经常是这样的情况,我们希望设计算法缓慢的问题,以阻止某人过快地获得问题的答案。

这里有几个我能想到的例子。

Password hashing is sometimes made arbitrarily slow in order to make it harder to guess passwords by brute-force. This Information Security post has a bullet point about it (and much more). Bit Coin uses a controllably slow problem for a network of computers to solve in order to "mine" coins. This allows the currency to be mined at a controlled rate by the collective system. Asymmetric ciphers (like RSA) are designed to make decryption without the keys intentionally slow in order to prevent someone else without the private key to crack the encryption. The algorithms are designed to be cracked in hopefully O(2^n) time where n is the bit-length of the key (this is brute force).

在CS的其他地方,快速排序在最坏的情况下是O(n²),但在一般情况下是O(n*log(n))。因此,在分析算法效率时,“大O”分析有时并不是您唯一关心的事情。

总有一个隐藏常数,在O(log n)算法中可以更低。因此,在实际生活数据中,它可以更快地工作。

还有空间问题(比如在烤面包机上运行)。

还有开发人员的时间问题——O(log n)可能更容易实现和验证1000倍。