O（log n）到底是什么意思？

我正在学习大O符号的运行时间和摊销时间。我理解O（n）线性时间的概念，这意味着输入的大小成比例地影响算法的增长。。。例如，二次时间O（n2）等也是如此。甚至是通过阶乘增长的算法，如置换生成器，其O（n！）次。

例如，以下函数为O（n），因为算法与其输入n成比例增长：

f(int n) {
  int i;
  for (i = 0; i < n; ++i)
    printf("%d", i);
}

类似地，如果存在嵌套循环，时间将为O（n2）。

但O（log n）到底是什么？例如，说一个完整的二叉树的高度是O（log n）是什么意思？

我确实知道（也许不是很详细）对数是什么，从这个意义上说：log10 100=2，但我不知道如何识别具有对数时间的函数。

当前回答

概述

其他人已经给出了很好的图表示例，例如树形图。我没有看到任何简单的代码示例。因此，除了我的解释，我还将提供一些带有简单打印语句的算法，以说明不同算法类别的复杂性。

首先，你需要对对数有一个大致的了解，你可以从https://en.wikipedia.org/wiki/Logarithm . 自然科学使用e和自然日志。工程弟子将使用log_10（对数基数10），计算机科学家将大量使用log_2（对数基数2），因为计算机是基于二进制的。有时你会看到自然log的缩写为ln（），工程师通常不使用_10，只使用log（），log_2缩写为lg（）。所有类型的对数都以类似的方式增长，这就是为什么它们共享相同的log（n）类别。

当您查看下面的代码示例时，我建议您先查看O（1），然后查看O（n），然后再查看O（n^2）。在你擅长这些之后，再看看其他的。我已经包含了干净的示例和变体，以证明细微的变化仍然可以导致相同的分类。

你可以把O（1）、O（n）、O（logn）等看作是增长的类或类别。有些类别要比其他类别花费更多的时间。这些类别有助于我们对算法性能进行排序。有些随着输入n的增长而增长得更快。下表以数字形式显示了上述增长。在下表中，将log（n）视为log_2的上限。

各种大O类别的简单代码示例：

O（1）-恒定时间示例：

算法1：

算法1打印一次hello，它不依赖于n，所以它总是在恒定的时间内运行，所以它是O（1）。

print "hello";

算法2：

算法2打印hello 3次，但它不取决于输入大小。即使随着n的增长，该算法也将始终只打印hello 3次。也就是说，3是一个常数，所以这个算法也是O（1）。

print "hello";
print "hello";
print "hello";

O（log（n））-对数示例：

算法3-其行为类似于“log_2”

算法3演示了在log_2（n）中运行的算法。注意for循环的后操作将i的当前值乘以2，因此i从1到2到4到8到16到32。。。

for(int i = 1; i <= n; i = i * 2)
  print "hello";

算法4-其行为类似于“log_3”

算法4证明了log_3。注意我从1到3到9到27。。。

for(int i = 1; i <= n; i = i * 3)
  print "hello";

算法5-其行为类似于“log_1.02”

算法5很重要，因为它有助于表明，只要数字大于1，并且结果与自身重复相乘，那么你就在看对数算法。

for(double i = 1; i < n; i = i * 1.02)
  print "hello";

O（n）-线性时间示例：

算法6

这个算法很简单，可以打印n次hello。

for(int i = 0; i < n; i++)
  print "hello";

算法7

该算法显示了一种变体，它将打印hello n/2次。n/2=1/2*n。我们忽略1/2常数，看到这个算法是O（n）。

for(int i = 0; i < n; i = i + 2)
  print "hello";

O（n*log（n））-log（n）示例：

算法8

将其视为O（log（n））和O（n）的组合。for循环的嵌套帮助我们获得O（n*log（n））

for(int i = 0; i < n; i++)
  for(int j = 1; j < n; j = j * 2)
    print "hello";

算法9

算法9类似于算法8，但每个循环都允许变化，这仍然导致最终结果为O（n*log（n））

for(int i = 0; i < n; i = i + 2)
  for(int j = 1; j < n; j = j * 3)
    print "hello";

O（n^2）-n平方示例：

算法10

O（n^2）很容易通过循环的嵌套标准获得。

for(int i = 0; i < n; i++)
  for(int j = 0; j < n; j++)
    print "hello";

算法11

类似于算法10，但有一些变化。

for(int i = 0; i < n; i++)
  for(int j = 0; j < n; j = j + 2)
    print "hello";

O（n^3）-n立方示例：

算法12

这类似于算法10，但有3个循环而不是2个。

for(int i = 0; i < n; i++)
  for(int j = 0; j < n; j++)
    for(int k = 0; k < n; k++)
      print "hello";

算法13

类似于算法12，但具有一些仍然产生O（n^3）的变化。

for(int i = 0; i < n; i++)
  for(int j = 0; j < n + 5; j = j + 2)
    for(int k = 0; k < n; k = k + 3)
      print "hello";

总结

上面给出了几个直接的例子和变化，以帮助说明可以引入哪些细微的变化，而这些变化实际上不会改变分析。希望它能给你足够的洞察力。

2016-04-26 22:50:50

其他回答

下面的解释是使用完全平衡的二叉树来帮助您理解我们如何获得对数时间复杂度。

二叉树是一种情况，其中大小为n的问题被划分为大小为n/2的子问题，直到我们达到大小为1的问题：

这就是你如何得到O（logn），这是在上面的树上需要完成的工作量，以获得解决方案。

具有O（logn）时间复杂度的常见算法是二进制搜索，其递归关系为T（n/2）+O（1），即在树的每个后续级别上，您将问题分成一半，并执行恒定数量的额外工作。

2012-10-26 19:33:54

分治算法通常具有运行时间的logn成分。这来自于输入的重复减半。

在二进制搜索的情况下，每次迭代都会丢弃一半的输入。需要注意的是，在Big-O表示法中，log是以2为底的log。

编辑：如上所述，对数基数并不重要，但当推导算法的Big-O性能时，对数因子将来自减半，因此我认为它是基数2。

2010-02-21 20:11:43

我一直以来在脑海中想象运行在O（log n）中的算法的最佳方式如下：

如果您将问题大小增加一个乘法量（即将其大小乘以10），则做功仅增加一个加法量。

将此应用于二叉树问题，这样您就有了一个很好的应用程序：如果将二叉树中的节点数加倍，则高度仅增加1（一个加法量）。如果再增加一倍，它仍然只增加了1。（显然，我假设它保持平衡）。这样，当问题规模成倍增加时，你的工作量不会加倍，而只是做了稍微多一点的工作。这就是为什么O（logn）算法非常棒的原因。

2010-02-22 19:51:33

概述