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@@ -3982,14 +3982,14 @@
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<p>下图展示了以上三个算法函数的时间复杂度。</p>
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<p>图 2-1 展示了以上三个算法函数的时间复杂度。</p>
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<ul>
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<li>算法 <code>A</code> 只有 <span class="arithmatex">\(1\)</span> 个打印操作,算法运行时间不随着 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 增大而增长。我们称此算法的时间复杂度为“常数阶”。</li>
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<li>算法 <code>B</code> 中的打印操作需要循环 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 次,算法运行时间随着 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 增大呈线性增长。此算法的时间复杂度被称为“线性阶”。</li>
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<li>算法 <code>C</code> 中的打印操作需要循环 <span class="arithmatex">\(1000000\)</span> 次,虽然运行时间很长,但它与输入数据大小 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 无关。因此 <code>C</code> 的时间复杂度和 <code>A</code> 相同,仍为“常数阶”。</li>
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</ul>
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<p><img alt="算法 A 、B 和 C 的时间增长趋势" src="../time_complexity.assets/time_complexity_simple_example.png" /></p>
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<p align="center"> 图:算法 A 、B 和 C 的时间增长趋势 </p>
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<p align="center"> 图 2-1 算法 A 、B 和 C 的时间增长趋势 </p>
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<p>相较于直接统计算法运行时间,时间复杂度分析有哪些特点呢?</p>
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<ul>
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@@ -4156,9 +4156,9 @@ $$
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T(n) = O(f(n))
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$$</p>
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</div>
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<p>如下图所示,计算渐近上界就是寻找一个函数 <span class="arithmatex">\(f(n)\)</span> ,使得当 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 趋向于无穷大时,<span class="arithmatex">\(T(n)\)</span> 和 <span class="arithmatex">\(f(n)\)</span> 处于相同的增长级别,仅相差一个常数项 <span class="arithmatex">\(c\)</span> 的倍数。</p>
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<p>如图 2-2 所示,计算渐近上界就是寻找一个函数 <span class="arithmatex">\(f(n)\)</span> ,使得当 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 趋向于无穷大时,<span class="arithmatex">\(T(n)\)</span> 和 <span class="arithmatex">\(f(n)\)</span> 处于相同的增长级别,仅相差一个常数项 <span class="arithmatex">\(c\)</span> 的倍数。</p>
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<p><img alt="函数的渐近上界" src="../time_complexity.assets/asymptotic_upper_bound.png" /></p>
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<p align="center"> 图:函数的渐近上界 </p>
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<p align="center"> 图 2-2 函数的渐近上界 </p>
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<h2 id="223">2.2.3 推算方法<a class="headerlink" href="#223" title="Permanent link">¶</a></h2>
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<p>渐近上界的数学味儿有点重,如果你感觉没有完全理解,也无须担心。因为在实际使用中,我们只需要掌握推算方法,数学意义就可以逐渐领悟。</p>
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@@ -4373,8 +4373,8 @@ T(n) & = n^2 + n & \text{偷懒统计 (o.O)}
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</div>
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<h3 id="2">2. 第二步:判断渐近上界<a class="headerlink" href="#2" title="Permanent link">¶</a></h3>
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<p><strong>时间复杂度由多项式 <span class="arithmatex">\(T(n)\)</span> 中最高阶的项来决定</strong>。这是因为在 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 趋于无穷大时,最高阶的项将发挥主导作用,其他项的影响都可以被忽略。</p>
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<p>下表展示了一些例子,其中一些夸张的值是为了强调“系数无法撼动阶数”这一结论。当 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 趋于无穷大时,这些常数变得无足轻重。</p>
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<p align="center"> 表:不同操作数量对应的时间复杂度 </p>
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<p>表 2-1 展示了一些例子,其中一些夸张的值是为了强调“系数无法撼动阶数”这一结论。当 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 趋于无穷大时,这些常数变得无足轻重。</p>
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<p align="center"> 表 2-1 不同操作数量对应的时间复杂度 </p>
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<div class="center-table">
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<table>
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@@ -4409,7 +4409,7 @@ T(n) & = n^2 + n & \text{偷懒统计 (o.O)}
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</table>
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</div>
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<h2 id="224">2.2.4 常见类型<a class="headerlink" href="#224" title="Permanent link">¶</a></h2>
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<p>设输入数据大小为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> ,常见的时间复杂度类型如下图所示(按照从低到高的顺序排列)。</p>
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<p>设输入数据大小为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> ,常见的时间复杂度类型如图 2-3 所示(按照从低到高的顺序排列)。</p>
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<div class="arithmatex">\[
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\begin{aligned}
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O(1) < O(\log n) < O(n) < O(n \log n) < O(n^2) < O(2^n) < O(n!) \newline
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@@ -4417,7 +4417,7 @@ O(1) < O(\log n) < O(n) < O(n \log n) < O(n^2) < O(2^n) < O(n!
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\end{aligned}
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\]</div>
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<p><img alt="常见的时间复杂度类型" src="../time_complexity.assets/time_complexity_common_types.png" /></p>
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<p align="center"> 图:常见的时间复杂度类型 </p>
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<p align="center"> 图 2-3 常见的时间复杂度类型 </p>
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<div class="admonition tip">
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<p class="admonition-title">Tip</p>
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@@ -5020,9 +5020,9 @@ O(1) < O(\log n) < O(n) < O(n \log n) < O(n^2) < O(2^n) < O(n!
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</div>
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</div>
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</div>
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<p>下图对比了常数阶、线性阶和平方阶三种时间复杂度。</p>
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<p>图 2-4 对比了常数阶、线性阶和平方阶三种时间复杂度。</p>
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<p><img alt="常数阶、线性阶和平方阶的时间复杂度" src="../time_complexity.assets/time_complexity_constant_linear_quadratic.png" /></p>
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<p align="center"> 图:常数阶、线性阶和平方阶的时间复杂度 </p>
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<p align="center"> 图 2-4 常数阶、线性阶和平方阶的时间复杂度 </p>
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<p>以冒泡排序为例,外层循环执行 <span class="arithmatex">\(n - 1\)</span> 次,内层循环执行 <span class="arithmatex">\(n-1, n-2, \dots, 2, 1\)</span> 次,平均为 <span class="arithmatex">\(n / 2\)</span> 次,因此时间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O((n - 1) n / 2) = O(n^2)\)</span> 。</p>
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<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="9:12"><input checked="checked" id="__tabbed_9_1" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_2" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_3" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_4" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_5" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_6" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_7" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_8" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_9" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_10" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_11" name="__tabbed_9" type="radio" /><input id="__tabbed_9_12" name="__tabbed_9" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_9_1">Java</label><label for="__tabbed_9_2">C++</label><label for="__tabbed_9_3">Python</label><label for="__tabbed_9_4">Go</label><label for="__tabbed_9_5">JS</label><label for="__tabbed_9_6">TS</label><label for="__tabbed_9_7">C</label><label for="__tabbed_9_8">C#</label><label for="__tabbed_9_9">Swift</label><label for="__tabbed_9_10">Zig</label><label for="__tabbed_9_11">Dart</label><label for="__tabbed_9_12">Rust</label></div>
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@@ -5279,7 +5279,7 @@ O(1) < O(\log n) < O(n) < O(n \log n) < O(n^2) < O(2^n) < O(n!
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</div>
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<h3 id="4-o2n">4. 指数阶 <span class="arithmatex">\(O(2^n)\)</span><a class="headerlink" href="#4-o2n" title="Permanent link">¶</a></h3>
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<p>生物学的“细胞分裂”是指数阶增长的典型例子:初始状态为 <span class="arithmatex">\(1\)</span> 个细胞,分裂一轮后变为 <span class="arithmatex">\(2\)</span> 个,分裂两轮后变为 <span class="arithmatex">\(4\)</span> 个,以此类推,分裂 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 轮后有 <span class="arithmatex">\(2^n\)</span> 个细胞。</p>
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<p>以下代码和图模拟了细胞分裂的过程,时间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(2^n)\)</span> 。</p>
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<p>图 2-5 和以下代码模拟了细胞分裂的过程,时间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(2^n)\)</span> 。</p>
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<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="10:12"><input checked="checked" id="__tabbed_10_1" name="__tabbed_10" type="radio" /><input id="__tabbed_10_2" name="__tabbed_10" type="radio" /><input id="__tabbed_10_3" name="__tabbed_10" type="radio" /><input id="__tabbed_10_4" name="__tabbed_10" type="radio" /><input id="__tabbed_10_5" name="__tabbed_10" type="radio" /><input id="__tabbed_10_6" name="__tabbed_10" type="radio" /><input id="__tabbed_10_7" name="__tabbed_10" type="radio" /><input id="__tabbed_10_8" name="__tabbed_10" type="radio" /><input id="__tabbed_10_9" name="__tabbed_10" type="radio" /><input id="__tabbed_10_10" name="__tabbed_10" type="radio" /><input id="__tabbed_10_11" name="__tabbed_10" type="radio" /><input id="__tabbed_10_12" name="__tabbed_10" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_10_1">Java</label><label for="__tabbed_10_2">C++</label><label for="__tabbed_10_3">Python</label><label for="__tabbed_10_4">Go</label><label for="__tabbed_10_5">JS</label><label for="__tabbed_10_6">TS</label><label for="__tabbed_10_7">C</label><label for="__tabbed_10_8">C#</label><label for="__tabbed_10_9">Swift</label><label for="__tabbed_10_10">Zig</label><label for="__tabbed_10_11">Dart</label><label for="__tabbed_10_12">Rust</label></div>
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<div class="tabbed-content">
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<div class="tabbed-block">
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@@ -5483,7 +5483,7 @@ O(1) < O(\log n) < O(n) < O(n \log n) < O(n^2) < O(2^n) < O(n!
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</div>
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</div>
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<p><img alt="指数阶的时间复杂度" src="../time_complexity.assets/time_complexity_exponential.png" /></p>
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<p align="center"> 图:指数阶的时间复杂度 </p>
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<p align="center"> 图 2-5 指数阶的时间复杂度 </p>
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<p>在实际算法中,指数阶常出现于递归函数中。例如在以下代码中,其递归地一分为二,经过 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 次分裂后停止:</p>
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<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="11:12"><input checked="checked" id="__tabbed_11_1" name="__tabbed_11" type="radio" /><input id="__tabbed_11_2" name="__tabbed_11" type="radio" /><input id="__tabbed_11_3" name="__tabbed_11" type="radio" /><input id="__tabbed_11_4" name="__tabbed_11" type="radio" /><input id="__tabbed_11_5" name="__tabbed_11" type="radio" /><input id="__tabbed_11_6" name="__tabbed_11" type="radio" /><input id="__tabbed_11_7" name="__tabbed_11" type="radio" /><input id="__tabbed_11_8" name="__tabbed_11" type="radio" /><input id="__tabbed_11_9" name="__tabbed_11" type="radio" /><input id="__tabbed_11_10" name="__tabbed_11" type="radio" /><input id="__tabbed_11_11" name="__tabbed_11" type="radio" /><input id="__tabbed_11_12" name="__tabbed_11" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_11_1">Java</label><label for="__tabbed_11_2">C++</label><label for="__tabbed_11_3">Python</label><label for="__tabbed_11_4">Go</label><label for="__tabbed_11_5">JS</label><label for="__tabbed_11_6">TS</label><label for="__tabbed_11_7">C</label><label for="__tabbed_11_8">C#</label><label for="__tabbed_11_9">Swift</label><label for="__tabbed_11_10">Zig</label><label for="__tabbed_11_11">Dart</label><label for="__tabbed_11_12">Rust</label></div>
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@@ -5598,7 +5598,7 @@ O(1) < O(\log n) < O(n) < O(n \log n) < O(n^2) < O(2^n) < O(n!
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<p>指数阶增长非常迅速,在穷举法(暴力搜索、回溯等)中比较常见。对于数据规模较大的问题,指数阶是不可接受的,通常需要使用动态规划或贪心等算法来解决。</p>
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<h3 id="5-olog-n">5. 对数阶 <span class="arithmatex">\(O(\log n)\)</span><a class="headerlink" href="#5-olog-n" title="Permanent link">¶</a></h3>
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<p>与指数阶相反,对数阶反映了“每轮缩减到一半”的情况。设输入数据大小为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> ,由于每轮缩减到一半,因此循环次数是 <span class="arithmatex">\(\log_2 n\)</span> ,即 <span class="arithmatex">\(2^n\)</span> 的反函数。</p>
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<p>以下代码和图模拟了“每轮缩减到一半”的过程,时间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(\log_2 n)\)</span> ,简记为 <span class="arithmatex">\(O(\log n)\)</span> 。</p>
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<p>图 2-6 和以下代码模拟了“每轮缩减到一半”的过程,时间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(\log_2 n)\)</span> ,简记为 <span class="arithmatex">\(O(\log n)\)</span> 。</p>
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<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="12:12"><input checked="checked" id="__tabbed_12_1" name="__tabbed_12" type="radio" /><input id="__tabbed_12_2" name="__tabbed_12" type="radio" /><input id="__tabbed_12_3" name="__tabbed_12" type="radio" /><input id="__tabbed_12_4" name="__tabbed_12" type="radio" /><input id="__tabbed_12_5" name="__tabbed_12" type="radio" /><input id="__tabbed_12_6" name="__tabbed_12" type="radio" /><input id="__tabbed_12_7" name="__tabbed_12" type="radio" /><input id="__tabbed_12_8" name="__tabbed_12" type="radio" /><input id="__tabbed_12_9" name="__tabbed_12" type="radio" /><input id="__tabbed_12_10" name="__tabbed_12" type="radio" /><input id="__tabbed_12_11" name="__tabbed_12" type="radio" /><input id="__tabbed_12_12" name="__tabbed_12" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_12_1">Java</label><label for="__tabbed_12_2">C++</label><label for="__tabbed_12_3">Python</label><label for="__tabbed_12_4">Go</label><label for="__tabbed_12_5">JS</label><label for="__tabbed_12_6">TS</label><label for="__tabbed_12_7">C</label><label for="__tabbed_12_8">C#</label><label for="__tabbed_12_9">Swift</label><label for="__tabbed_12_10">Zig</label><label for="__tabbed_12_11">Dart</label><label for="__tabbed_12_12">Rust</label></div>
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<div class="tabbed-content">
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<div class="tabbed-block">
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@@ -5749,7 +5749,7 @@ O(1) < O(\log n) < O(n) < O(n \log n) < O(n^2) < O(2^n) < O(n!
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</div>
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</div>
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<p><img alt="对数阶的时间复杂度" src="../time_complexity.assets/time_complexity_logarithmic.png" /></p>
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<p align="center"> 图:对数阶的时间复杂度 </p>
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<p align="center"> 图 2-6 对数阶的时间复杂度 </p>
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<p>与指数阶类似,对数阶也常出现于递归函数中。以下代码形成了一个高度为 <span class="arithmatex">\(\log_2 n\)</span> 的递归树:</p>
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<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="13:12"><input checked="checked" id="__tabbed_13_1" name="__tabbed_13" type="radio" /><input id="__tabbed_13_2" name="__tabbed_13" type="radio" /><input id="__tabbed_13_3" name="__tabbed_13" type="radio" /><input id="__tabbed_13_4" name="__tabbed_13" type="radio" /><input id="__tabbed_13_5" name="__tabbed_13" type="radio" /><input id="__tabbed_13_6" name="__tabbed_13" type="radio" /><input id="__tabbed_13_7" name="__tabbed_13" type="radio" /><input id="__tabbed_13_8" name="__tabbed_13" type="radio" /><input id="__tabbed_13_9" name="__tabbed_13" type="radio" /><input id="__tabbed_13_10" name="__tabbed_13" type="radio" /><input id="__tabbed_13_11" name="__tabbed_13" type="radio" /><input id="__tabbed_13_12" name="__tabbed_13" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_13_1">Java</label><label for="__tabbed_13_2">C++</label><label for="__tabbed_13_3">Python</label><label for="__tabbed_13_4">Go</label><label for="__tabbed_13_5">JS</label><label for="__tabbed_13_6">TS</label><label for="__tabbed_13_7">C</label><label for="__tabbed_13_8">C#</label><label for="__tabbed_13_9">Swift</label><label for="__tabbed_13_10">Zig</label><label for="__tabbed_13_11">Dart</label><label for="__tabbed_13_12">Rust</label></div>
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@@ -6034,9 +6034,9 @@ O(\log_m n) = O(\log_k n / \log_k m) = O(\log_k n)
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</div>
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</div>
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</div>
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<p>下图展示了线性对数阶的生成方式。二叉树的每一层的操作总数都为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> ,树共有 <span class="arithmatex">\(\log_2 n + 1\)</span> 层,因此时间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(n \log n)\)</span> 。</p>
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<p>图 2-7 展示了线性对数阶的生成方式。二叉树的每一层的操作总数都为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> ,树共有 <span class="arithmatex">\(\log_2 n + 1\)</span> 层,因此时间复杂度为 <span class="arithmatex">\(O(n \log n)\)</span> 。</p>
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<p><img alt="线性对数阶的时间复杂度" src="../time_complexity.assets/time_complexity_logarithmic_linear.png" /></p>
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<p align="center"> 图:线性对数阶的时间复杂度 </p>
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<p align="center"> 图 2-7 线性对数阶的时间复杂度 </p>
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<p>主流排序算法的时间复杂度通常为 <span class="arithmatex">\(O(n \log n)\)</span> ,例如快速排序、归并排序、堆排序等。</p>
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<h3 id="7-on">7. 阶乘阶 <span class="arithmatex">\(O(n!)\)</span><a class="headerlink" href="#7-on" title="Permanent link">¶</a></h3>
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@@ -6044,7 +6044,7 @@ O(\log_m n) = O(\log_k n / \log_k m) = O(\log_k n)
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<div class="arithmatex">\[
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n! = n \times (n - 1) \times (n - 2) \times \dots \times 2 \times 1
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\]</div>
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<p>阶乘通常使用递归实现。如下图和以下代码所示,第一层分裂出 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 个,第二层分裂出 <span class="arithmatex">\(n - 1\)</span> 个,以此类推,直至第 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 层时停止分裂:</p>
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<p>阶乘通常使用递归实现。如图 2-8 和以下代码所示,第一层分裂出 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 个,第二层分裂出 <span class="arithmatex">\(n - 1\)</span> 个,以此类推,直至第 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 层时停止分裂:</p>
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<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="15:12"><input checked="checked" id="__tabbed_15_1" name="__tabbed_15" type="radio" /><input id="__tabbed_15_2" name="__tabbed_15" type="radio" /><input id="__tabbed_15_3" name="__tabbed_15" type="radio" /><input id="__tabbed_15_4" name="__tabbed_15" type="radio" /><input id="__tabbed_15_5" name="__tabbed_15" type="radio" /><input id="__tabbed_15_6" name="__tabbed_15" type="radio" /><input id="__tabbed_15_7" name="__tabbed_15" type="radio" /><input id="__tabbed_15_8" name="__tabbed_15" type="radio" /><input id="__tabbed_15_9" name="__tabbed_15" type="radio" /><input id="__tabbed_15_10" name="__tabbed_15" type="radio" /><input id="__tabbed_15_11" name="__tabbed_15" type="radio" /><input id="__tabbed_15_12" name="__tabbed_15" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_15_1">Java</label><label for="__tabbed_15_2">C++</label><label for="__tabbed_15_3">Python</label><label for="__tabbed_15_4">Go</label><label for="__tabbed_15_5">JS</label><label for="__tabbed_15_6">TS</label><label for="__tabbed_15_7">C</label><label for="__tabbed_15_8">C#</label><label for="__tabbed_15_9">Swift</label><label for="__tabbed_15_10">Zig</label><label for="__tabbed_15_11">Dart</label><label for="__tabbed_15_12">Rust</label></div>
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<div class="tabbed-content">
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<div class="tabbed-block">
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@@ -6214,7 +6214,7 @@ n! = n \times (n - 1) \times (n - 2) \times \dots \times 2 \times 1
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<p><img alt="阶乘阶的时间复杂度" src="../time_complexity.assets/time_complexity_factorial.png" /></p>
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<p align="center"> 图:阶乘阶的时间复杂度 </p>
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<p align="center"> 图 2-8 阶乘阶的时间复杂度 </p>
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<p>请注意,因为当 <span class="arithmatex">\(n \geq 4\)</span> 时恒有 <span class="arithmatex">\(n! > 2^n\)</span> ,所以阶乘阶比指数阶增长得更快,在 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 较大时也是不可接受的。</p>
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<h2 id="225">2.2.5 最差、最佳、平均时间复杂度<a class="headerlink" href="#225" title="Permanent link">¶</a></h2>
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