用 JavaScript 学习算法复杂度

时间 2020-02-07

原文原文链接

做者：Joshua Hall
翻译：疯狂的技术宅javascript

原文：https://alligator.io/js/big-o...前端

未经容许严禁转载java

在本文中，咱们将探讨 “二次方” 和 “n log(n)” 等术语在算法中的含义。程序员

在后面的例子中，我将引用这两个数组，一个包含 5 个元素，另外一个包含 50 个元素。我还会用到 JavaScript 中方便的 performance API 来衡量执行时间的差别。面试

const smArr = [5, 3, 2, 35, 2];

const bigArr = [5, 3, 2, 35, 2, 5, 3, 2, 35, 2, 5, 3, 2, 35, 2, 5, 3, 2, 35, 2, 5, 3, 2, 35, 2, 5, 3, 2, 35, 2, 5, 3, 2, 35, 2, 5, 3, 2, 35, 2, 5, 3, 2, 35, 2, 5, 3, 2, 35, 2];

什么是 Big O 符号？

Big O 表示法是用来表示随着数据集的增长，计算任务难度整体增加的一种方式。尽管还有其余表示法，但一般 big O 表示法是最经常使用的，由于它着眼于最坏的状况，更容易量化和考虑。最坏的状况意味着完成任务须要最多的操做次数；若是你在一秒钟内就能恢复打乱魔方，那么你只拧了一圈的话，不能说本身是作得最好的。算法

当你进一步了解算法时，就会发现这很是有用，由于在理解这种关系的同时去编写代码，就能知道时间都花在了什么地方。segmentfault

当你了解更多有关 Big O 表示法的信息时，可能会看到下图中不一样的变化。咱们但愿将复杂度保持在尽量低的水平，最好避免超过 O(n)。api

O(1)

这是理想的状况，不管有多少个项目，不论是一个仍是一百万个，完成的时间量都将保持不变。执行单个操做的大多数操做都是 O(1)。把数据写到数组、在特定索引处获取项目、添加子元素等都将会花费相同的时间量，这与数组的长度无关。数组

const a1 = performance.now();
smArr.push(27);
const a2 = performance.now();
console.log(`Time: ${a2 - a1}`); // Less than 1 Millisecond


const b1 = performance.now();
bigArr.push(27);
const b2 = performance.now();
console.log(`Time: ${b2 - b1}`); // Less than 1 Millisecond

O(n)

在默认状况下，全部的循环都是线性增加的，由于数据的大小和完成的时间之间存在一对一的关系。因此若是你有 1,000 个数组项，将会花费的 1,000 倍时间。浏览器

const a1 = performance.now();
smArr.forEach(item => console.log(item));
const a2 = performance.now();
console.log(`Time: ${a2 - a1}`); // 3 Milliseconds

const b1 = performance.now();
bigArr.forEach(item => console.log(item));
const b2 = performance.now();
console.log(`Time: ${b2 - b1}`); // 13 Milliseconds

O(n^2)

指数增加是一个陷阱，咱们都掉进去过。你是否须要为数组中的每一个项目找到匹配对？将循环放入循环中是一种很好的方式，能够把 1000 个项目的数组变成一百万个操做搜索，这将会使你的浏览器失去响应。与使用双重嵌套循环进行一百万次操做相比，最好在两个单独的循环中进行 2,000 次操做。

const a1 = performance.now();
smArr.forEach(() => {
    arr2.forEach(item => console.log(item));
});
const a2 = performance.now();
console.log(`Time: ${a2 - a1}`); // 8 Milliseconds


const b1 = performance.now();
bigArr.forEach(() => {
    arr2.forEach(item => console.log(item));
});
const b2 = performance.now();
console.log(`Time: ${b2 - b1}`); // 307 Milliseconds

O(log n)

我认为关于对数增加最好的比喻，是想象在字典中查找像 “notation” 之类的单词。你不会在一个词条一个词条的去进行搜索，而是先找到 “N” 这一部分，而后是 “OPQ” 这一页，而后按字母顺序搜索列表直到找到匹配项。

经过这种“分而治之”的方法，找到某些内容的时间仍然会因字典的大小而改变，但远不及 O(n) 。由于它会在不查看大部分数据的状况下逐步搜索更具体的部分，因此搜索一千个项目可能须要少于 10 个操做，而一百万个项目可能须要少于 20 个操做，这使你的效率最大化。

在这个例子中，咱们能够作一个简单的快速排序。

const sort = arr => {
  if (arr.length < 2) return arr;

  let pivot = arr[0];
  let left = [];
  let right = [];

  for (let i = 1, total = arr.length; i < total; i++) {
    if (arr[i] < pivot) left.push(arr[i]);
    else right.push(arr[i]);
  };
  return [
    ...sort(left),
    pivot,
    ...sort(right)
  ];
};
sort(smArr); // 0 Milliseconds
sort(bigArr); // 1 Millisecond

O(n!)

最糟糕的一种可能性是析因增加。最经典的例子就是旅行的推销员问题。若是你要在不少距离不一样的城市之间旅行，如何找到在全部城市之间返回起点的最短路线？暴力方法将是检查每一个城市之间全部可能的路线距离，这是一个阶乘而且很快就会失控。

因为这个问题很快会变得很是复杂，所以咱们将经过简短的递归函数演示这种复杂性。这个函数会将一个数字去乘以函数本身，而后将数字减去1。阶乘中的每一个数字都会这样计算，直到为 0，而且每一个递归层都会把其乘积添加到原始数字中。

阶乘只是从 1 开始直至该数字的乘积。那么 6!是 1x2x3x4x5x6 = 720。

const factorial = n => {
  let num = n;

  if (n === 0) return 1
  for (let i = 0; i < n; i++) {
    num = n * factorial(n - 1);
  };

  return num;
};
factorial(1); // 2 Milliseconds
factorial(5); // 3 Milliseconds
factorial(10); // 85 Milliseconds
factorial(12); //  11,942 Milliseconds

我本来打算显示 factorial(15)，可是 12 以上的值都太多，而且使页面崩溃了，这也证实了为何须要避免这种状况。

结束语

咱们须要编写高性能的代码彷佛是一个不争得事实，可是我敢确定，几乎每一个开发人员都建立过至少两重甚至三重嵌套循环，由于“它确实有效”。Big O 表示法在表达和考虑复杂性方面是很是必要的，这是咱们从未有过的方式。

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