内循环依赖于外循环的复杂性

Complexity where inner loop depends on outer loop

对于以下伪代码,在将其放入 Big-O-Notation 之前,我想计算出输入大小 n 中的运算次数作为函数:

for i ← 1 to n do
    for j ← 3 to 3i+n do
        // operation 

到目前为止,我认为内循环等于外循环n的每次迭代的3i + n - 2操作。屈服

n (3i + n - 2) = n^2 - 2n + 3ni

简化为 O(n^2)

但我不确定我是否在正确的轨道上,因为我还没有看到任何这样的问题,其中外循环的索引用于内循环。

正确,在O(n^2)。不仅如此,它还在 Theta(n^2).


说明

唯一重要的是 // operation 执行的频率。循环本身的计算,比如索引都在Theta(1)中,所以我们可以忽略它们。

因此,计算// operation执行的频率。就是你说的n * (3i + n - 2)

但是,i 发生了变化。所以你实际上需要完整地写出来:

简化这个:

这显然在 Theta(n^2).


正式定义证明

您可以通过正式定义轻松证明这一点。因此,让我们调用函数f。我们有

所以它在 O(n^2)。我们有

产量 Omega(n^2)。这意味着 f in Theta(n^2).

我随机选择了常量。你可以把它弄紧一点,但你只需要找到一个适合它的,所以没关系。


极限定义证明

当然我们也可以使用极限定义轻松地显示它:

也就是> 0< inf,所以f in Theta(n^2)(见Wikipedia:Big-O-notation)。

结果的table是

  • < infO(g)
  • > 0Omega(g)
  • = 0o(g)
  • = infomega(g).
  • > 0 and < infTheta(g)

对于限制,我们使用了 L'Hôpital 的规则(参见 Wikipedia),它非正式地说:

The limit of f/g is the same as the limit of f'/g', supposed the limit even exists.


备注

分析假设 // operationTheta(1) 中,否则您显然也需要考虑其复杂性。