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

对数运行时间(O(log n))本质上意味着运行时间与输入大小的对数成比例增长-例如,如果10个项目最多需要一定的时间x,100个项目最多花费2倍,10000个项目最多耗费4倍,那么它看起来像是O(log n)时间复杂性。

其他回答

你可以通过说时间与N中的位数成正比来直观地想到O(log N)。

如果一个操作对输入的每个数字或位执行恒定的时间工作,则整个操作所花费的时间将与输入中的数字或位的数量成比例,而不是与输入的大小成比例;因此是O(log N)而不是O(N)。

如果一个操作做出一系列恒定的时间决定,每个决定将要考虑的输入的大小减半(减少3、4、5…的因子),那么整个过程将花费与输入大小N的对数基2(基3、基4、基5…)成比例的时间,而不是O(N)。

等等

完整的二进制示例是O(ln n),因为搜索结果如下:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

搜索4个会产生3次命中:6次,3次,然后4次。而log2 12=3,这是一个很好的近似值,以多少命中需要。

对数

好的,让我们试着完全理解对数到底是什么。

想象一下,我们有一根绳子,把它拴在一匹马身上。如果绳子直接系在马身上,那么马拉离(例如,从人身上)所需的力直接为1。

现在想象绳子绕在一根杆子上。要想脱身的马现在必须用力拉很多倍。次数取决于绳索的粗糙度和杆的大小,但我们假设它会将一个人的力量乘以10(当绳索完全转弯时)。

现在,如果绳子绕一圈,马需要用力拉10倍。如果人类决定让马变得很困难,他可以再次将绳子绕在一根杆子上,使它的力量增加10倍。第三个循环将再次将强度增加10倍。

我们可以看到,对于每个循环,值增加10。获得任何数字所需的圈数称为数字的对数,即我们需要3个柱将你的力量乘以1000倍,需要6个柱将力量乘以1000000。

3是1000的对数,6是1000000的对数(以10为底)。

那么O(log n)实际上是什么意思?

在上面的例子中,我们的“增长率”是O(logn)。每增加一圈,我们的绳子所能承受的力就会增加10倍:

Turns | Max Force
  0   |   1
  1   |   10
  2   |   100
  3   |   1000
  4   |   10000
  n   |   10^n

现在上面的例子确实使用了基数10,但幸运的是,当我们讨论大o符号时,对数的基数是微不足道的。

现在,让我们假设您正在尝试猜测1-100之间的数字。

Your Friend: Guess my number between 1-100! 
Your Guess: 50
Your Friend: Lower!
Your Guess: 25
Your Friend: Lower!
Your Guess: 13
Your Friend: Higher!
Your Guess: 19
Your Friend: Higher!
Your Friend: 22
Your Guess: Lower!
Your Guess: 20
Your Friend: Higher!
Your Guess: 21
Your Friend: YOU GOT IT!  

现在你猜了7次才猜对。但这里的关系是什么?你可以从每一个额外的猜测中猜出最多的项目是什么?

Guesses | Items
  1     |   2
  2     |   4
  3     |   8
  4     |   16
  5     |   32
  6     |   64
  7     |   128
  10    |   1024

使用该图,我们可以看到,如果我们使用二进制搜索来猜测1-100之间的数字,最多需要7次尝试。如果我们有128个数字,我们也可以在7次尝试中猜出数字,但129个数字最多需要8次尝试(与对数相关,这里我们需要7次猜测128个值范围,10次猜测1024个值范围。7是128的对数,10是1024的对数(以2为底))。

注意,我用粗体字“最多”。大O符号总是指更坏的情况。如果你运气好,你可以一次猜出数字,所以最好的情况是O(1),但那是另一回事。

我们可以看到,我们的数据集正在缩小。识别算法是否具有对数时间的一个很好的经验法则是查看数据集在每次迭代后是否按一定顺序收缩

O(n log n)呢?

你最终会遇到一个线性时间O(n log(n))算法。上述经验法则再次适用,但这一次对数函数必须运行n次,例如,将列表的大小减少n次,这在合并排序等算法中发生。

您可以很容易地确定算法时间是否为n log n。寻找一个在列表(O(n))中迭代的外部循环。然后查看是否存在内部循环。如果内部循环在每次迭代时都在切割/减少数据集,则该循环为(O(logn)),因此整个算法为=O(n logn)。

免责声明:绳对数示例摘自W.Sawyer的《数学家的喜悦》一书。

简单地说:在算法的每一步,你都可以将工作减半。(渐近等价于第三、第四、…)

logx到基b=y是b^y=x的倒数

如果有深度为d、大小为n的M元树,则:

遍历整棵树~O(M^d)=O(n)在树中行走一条路径~O(d)=O(logn到基M)