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1. Array and linked list. 2. Computational complexity. 3. Fix a mistake in counting_sort.md
This commit is contained in:
@ -1,24 +1,24 @@
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# 空间复杂度
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「空间复杂度 Space Complexity」统计 **算法使用内存空间随着数据量变大时的增长趋势**。这个概念与时间复杂度很类似。
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「空间复杂度 Space Complexity」用于衡量算法使用内存空间随着数据量变大时的增长趋势。这个概念与时间复杂度非常类似。
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## 算法相关空间
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算法运行中,使用的内存空间主要有以下几种:
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算法运行过程中使用的内存空间主要包括以下几种:
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- 「输入空间」用于存储算法的输入数据;
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- 「暂存空间」用于存储算法运行中的变量、对象、函数上下文等数据;
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- 「暂存空间」用于存储算法运行过程中的变量、对象、函数上下文等数据;
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- 「输出空间」用于存储算法的输出数据;
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!!! tip
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通常情况下,空间复杂度统计范围是「暂存空间」+「输出空间」。
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通常情况下,空间复杂度统计范围是「暂存空间」+「输出空间」。
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暂存空间可以进一步划分为三个部分:
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暂存空间可分为三个部分:
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- 「暂存数据」用于保存算法运行过程中的各种常量、变量、对象等。
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- 「栈帧空间」用于保存调用函数的上下文数据。系统在每次调用函数时都会在栈顶部创建一个栈帧,函数返回后,栈帧空间会被释放。
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- 「指令空间」用于保存编译后的程序指令,在实际统计中通常忽略不计。
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- 「暂存数据」用于保存算法运行中的各种 **常量、变量、对象** 等。
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- 「栈帧空间」用于保存调用函数的上下文数据。系统每次调用函数都会在栈的顶部创建一个栈帧,函数返回时,栈帧空间会被释放。
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- 「指令空间」用于保存编译后的程序指令,**在实际统计中一般忽略不计**。
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因此,在分析一段程序的空间复杂度时,我们一般统计 **暂存数据、输出数据、栈帧空间** 三部分。
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@ -249,12 +249,12 @@
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## 推算方法
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空间复杂度的推算方法和时间复杂度总体类似,只是从统计“计算操作数量”变为统计“使用空间大小”。与时间复杂度不同的是,**我们一般只关注「最差空间复杂度」**。这是因为内存空间是一个硬性要求,我们必须保证在所有输入数据下都有足够的内存空间预留。
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空间复杂度的推算方法与时间复杂度大致相同,只是将统计对象从“计算操作数量”转为“使用空间大小”。与时间复杂度不同的是,**我们通常只关注「最差空间复杂度」**,这是因为内存空间是一项硬性要求,我们必须确保在所有输入数据下都有足够的内存空间预留。
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**最差空间复杂度中的“最差”有两层含义**,分别为输入数据的最差分布、算法运行中的最差时间点。
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**最差空间复杂度中的“最差”有两层含义**,分别是输入数据的最差分布和算法运行过程中的最差时间点。
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- **以最差输入数据为准**。当 $n < 10$ 时,空间复杂度为 $O(1)$ ;但是当 $n > 10$ 时,初始化的数组 `nums` 使用 $O(n)$ 空间;因此最差空间复杂度为 $O(n)$ ;
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- **以算法运行过程中的峰值内存为准**。程序在执行最后一行之前,使用 $O(1)$ 空间;当初始化数组 `nums` 时,程序使用 $O(n)$ 空间;因此最差空间复杂度为 $O(n)$ ;
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- **以最差输入数据为准**。当 $n < 10$ 时,空间复杂度为 $O(1)$ ;但当 $n > 10$ 时,初始化的数组 `nums` 占用 $O(n)$ 空间;因此最差空间复杂度为 $O(n)$ ;
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- **以算法运行过程中的峰值内存为准**。例如,程序在执行最后一行之前,占用 $O(1)$ 空间;当初始化数组 `nums` 时,程序占用 $O(n)$ 空间;因此最差空间复杂度为 $O(n)$ ;
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=== "Java"
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@ -364,7 +364,7 @@
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```
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**在递归函数中,需要注意统计栈帧空间**。例如函数 `loop()`,在循环中调用了 $n$ 次 `function()` ,每轮中的 `function()` 都返回并释放了栈帧空间,因此空间复杂度仍为 $O(1)$ 。而递归函数 `recur()` 在运行中会同时存在 $n$ 个未返回的 `recur()` ,从而使用 $O(n)$ 的栈帧空间。
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**在递归函数中,需要注意统计栈帧空间**。例如,函数 `loop()` 在循环中调用了 $n$ 次 `function()`,每轮中的 `function()` 都返回并释放了栈帧空间,因此空间复杂度仍为 $O(1)$ 。而递归函数 `recur()` 在运行过程中会同时存在 $n$ 个未返回的 `recur()`,从而占用 $O(n)$ 的栈帧空间。
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=== "Java"
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@ -564,7 +564,7 @@ $$
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!!! tip
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部分示例代码需要一些前置知识,包括数组、链表、二叉树、递归算法等。如果遇到看不懂的地方无需担心,可以在学习完后面章节后再来复习,现阶段先聚焦在理解空间复杂度含义和推算方法上。
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部分示例代码需要一些前置知识,包括数组、链表、二叉树、递归算法等。如果遇到看不懂的地方无需担心,可以在学习完后面章节后再来复习,现阶段我们先专注于理解空间复杂度的含义和推算方法。
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### 常数阶 $O(1)$
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@ -762,7 +762,7 @@ $$
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### 平方阶 $O(n^2)$
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平方阶常见于元素数量与 $n$ 成平方关系的矩阵、图。
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平方阶常见于矩阵和图,元素数量与 $n$ 成平方关系。
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=== "Java"
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@ -824,7 +824,7 @@ $$
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[class]{}-[func]{quadratic}
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在以下递归函数中,同时存在 $n$ 个未返回的 `algorithm()` ,并且每个函数中都初始化了一个数组,长度分别为 $n, n-1, n-2, ..., 2, 1$ ,平均长度为 $\frac{n}{2}$ ,因此总体使用 $O(n^2)$ 空间。
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在以下递归函数中,同时存在 $n$ 个未返回的 `algorithm()`,并且每个函数中都初始化了一个数组,长度分别为 $n, n-1, n-2, ..., 2, 1$ ,平均长度为 $\frac{n}{2}$ ,因此总体占用 $O(n^2)$ 空间。
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=== "Java"
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@ -890,7 +890,7 @@ $$
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### 指数阶 $O(2^n)$
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指数阶常见于二叉树。高度为 $n$ 的「满二叉树」的结点数量为 $2^n - 1$ ,使用 $O(2^n)$ 空间。
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指数阶常见于二叉树。高度为 $n$ 的「满二叉树」的节点数量为 $2^n - 1$ ,占用 $O(2^n)$ 空间。
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=== "Java"
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@ -956,8 +956,8 @@ $$
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### 对数阶 $O(\log n)$
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对数阶常见于分治算法、数据类型转换等。
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对数阶常见于分治算法和数据类型转换等。
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例如「归并排序」,长度为 $n$ 的数组可以形成高度为 $\log n$ 的递归树,因此空间复杂度为 $O(\log n)$ 。
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例如“归并排序”算法,输入长度为 $n$ 的数组,每轮递归将数组从中点划分为两半,形成高度为 $\log n$ 的递归树,使用 $O(\log n)$ 栈帧空间。
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再例如「数字转化为字符串」,输入任意正整数 $n$ ,它的位数为 $\log_{10} n$ ,即对应字符串长度为 $\log_{10} n$ ,因此空间复杂度为 $O(\log_{10} n) = O(\log n)$ 。
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再例如“数字转化为字符串”,输入任意正整数 $n$ ,它的位数为 $\log_{10} n$ ,即对应字符串长度为 $\log_{10} n$ ,因此空间复杂度为 $O(\log_{10} n) = O(\log n)$ 。
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