一文讲透算法中的时间复杂度和空间复杂度计算方式

作为一名“程序猿”，大家应该都听过这么一句话：程序=数据结构+算法。

这句话是由瑞士计算机科学家尼古拉斯·沃斯（Niklaus Wirth）在 1984 年获得图灵奖时说的一句话，这位大佬还以这句话为名出了一本书《Algorithms + Data Structures=Programs》，从此这句话就成为了大家耳熟能详的一句名言。

随着时间的推移，不管这句话是不是非常准确，但至少能说明数据结构与算法对程序来说是非常核心的基础，如果我们想要写出更多优秀优雅的代码，那么数据结构与算法是必须要掌握好的。

很多人可能觉得，我不会算法，代码一样写得很"溜"，算法这东西似乎用处不大。现在互联网的发达，我们想要什么几乎都可以在网上找到现成的，各种框架功能十分强大，似乎看起来确实不用算法也可以写出“好代码”。然而假如我们不懂算法，比如项目中用到了排序，我们如何评估代码的执行效率？再比如最常用的 ArrayList 和 LinkedList，我们该如何选择，又比如说我们需要去集合中找某一个数，又该如何写出性能优秀的代码呢？

同样的代码，如何判断谁的代码是优秀的代码？可读性，可扩展性，健壮性可能都可以用来判定，然而这些东西我觉得并不能直接体现出你代码的优秀，因为对用户而言，访问你的代码响应速度快那就是优秀的代码，相反，动辄响应几秒甚至更长时间的接口，恐怕就算你可读性再好，再健壮也称不上是好代码。

所以说一段代码是否优秀，最直接的判断标准就是性能，而如果要写出高性能的代码，那么就必须要了解算法，而且抛开这个因素，但凡不想一辈子都写 CRUD 代码的，也需要去了解算法，我们使用的很多框架和中间件底层都有数据结构和算法的身影，学好算法对我们源码阅读时理解其设计思想也是大有裨益的。

要说功利性的目的，那就是面试，目前很多大厂的面试，算法基本必面，所以想进大厂的话，咱们也得好好学学算法。

提到算法，很多人的第一反应就是太难学了，学不会，或者说经常是看完就忘了，但是其实对于我们一个普通的开发者而言，因为并不需要我们去发明算法，我们需要的仅仅只是去灵活的运用算法，所以并不需要非常扎实的数据基础，当然基本的数学常识还是要有的。

如果说需要去发明设计一款算法，那就要去推导去证明算法的可行性，这种是需要具有非常扎实的数学基础的，一般人确实无法做到，然而我们普通程序员口中提到算法无非是二分查找法，哈希算法等，高级一点的就还有回溯，贪心，动态规划等等，这些所谓的算法都是已经有现成的公式了，我们要做的无非就是理解它，然后灵活的运用它。这就和我们以前学习数学公式一样，给你一个公式，然后你去做题，做题的过程其实就是去灵活的运用这个公式。

算法也是同理，都是有特定方法和特定思路的，我们也并不需要去推导证明这种方式为什么可行，所以学习算法没有其他诀窍，就是先理解思路，然后多练，等熟练了，自然就可以灵活运用了，也不会说学了立刻就忘了。学完就忘无非两个原因，一是没理解，而是没有练习巩固。

数据结构与算法经常是放在一起讲，这两者是没办法独立的，因为算法是为了达到某种目的的一种实现方式，而数据结构是一种载体，也就是说算法必须依赖数据结构这种载体，否则就是空谈。换句话说：数据结构是为算法服务的，而算法又需要作用在特定的数据结构之上。

一个算法到底好不好，我们如何去评价？前面我们提到了，你的代码好不好，最直观的就是看响应速度，算法也一样，同样实现一个目的（比如说排序），谁的算法速度快，我们就可以认为谁的算法更优，如果说两种算法实现的速度差不多，那么我们还可以去评价算法所占用的空间，谁占用的空间少，那么就可以认为谁的算法更优，这就是算法的基础：时间复杂度和空间复杂度。

学习算法之前，我们必须要学会如何分析时间复杂度和空间复杂度（也就是“快”和“省”），否则自己写出来的算法自己都不知道算法的效率。

接触过算法的都知道，算法的时间复杂度是用大写的“O”来表示的，比如：O(1)，O(n)，O(logn)，O(nlogn)，O(n²) 等等。

时间复杂度的全称是渐进时间复杂度，表示算法的执行时间与数据规模之间的增长关系，上面的这种时间复杂度表示法并不能真正反应一个算法的执行时间，反应的只是一个趋势，所以我们在分析复杂度的时候要关注“变”，忽略“不变”。

变指的是变量，也就是一段代码的执行时间是随着变量的变化而变化的，而不变指的是常量，也就是不论我的变量如何改变，执行时间都不会改变。

接下来我们就实际的来分析下常用时间复杂度的例子来练习一下。

0(1) 复杂度算法也称之为常数阶算法。这里的 1 是用来代指常量，也就是说这个算法的效率是固定的，无论你的数据量如何变化，效率都一样，这种复杂度也是最优的一种算法。

上面的示例中不论有多少行代码，时间复杂度都是属于常数阶。换言之：只要代码不存在循环，递归等循环类调用，不论代码有多少行，其复杂度都是常数阶。

O(n) 复杂度算法也称之为线性阶。比如下面这个示例我们应该怎么分析复杂度呢？

也就是我们只要计算出 x 的值，就得到了循环次数，而根据高中的数学知识我们可以得到 x=log2n（2 在下面，是底数，试了几种方法都打不出来，放弃了），所以根据上面线性阶的分析方法，我们省略常量，就得到了示例中的算法复杂度为 O(log2n)。

同样的分析方式，下面的例子，我们可以很快的分析出复杂度就为 O(log3n)：