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均攤復雜度和防止復雜度的震蕩

png iter 平均值 ima ger throw memory ++ size

關於上一節中我們對添加操作的時間復雜度歸結為O(n)是考慮了擴容操作(resize)在內的。就addLast(e)操作而言,時間復雜度為O(1),在考慮最壞情況下,每次添加均會觸發擴容操作,需要移動n個元素,因此此時addLast操作的時間復雜度為O(n)。

(1)addLast(e)均攤時間復雜度分析

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resize(n) O(n)

假設當前capacity=8,並且每一次添加操作都使用addLast方法

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17次基本操作包括:9次添加操作,8次轉移操作。均攤每次addLast操作進行大約兩次基本操作:

平均值為:17/9≈ 2。

假設capacity=n,n+1次addLast操作,觸發resize,總共進行了2n+1=(n+1)+ n次基本操作;

均攤每次addLast操作進行大約兩次基本操作:

平均值為: 2n+1 / n+1 ≈ 2

結論:因此addLast均攤時間復雜度為O(1),均攤時間復雜度會比最壞情況有意義,因為一般情況下resize不會每一次都會觸發,因此可以分攤到其他上面。
同理,removeLast操作均攤時間復雜度也是O(1)

(1)addLast(e)和removeLast(e)復雜度震蕩分析

設數組的容量為n,此時數組中的個數為n個,此時我們向數組中添加一個元素,則會觸發擴容操作;然後在從數組中刪除一個元素時又會重新觸發縮容操作,這樣反復執行都會耗費O(n)的復雜度,導致復雜度震蕩。

演示如下:

第一次執行addLast(e)時間復雜度:O(n)

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第二次執行removeLast(e)時間復雜度:O(n)

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第三次執行addLast(e)時間復雜度:O(n)

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第四次執行removeLast(e)時間復雜度:O(n)

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產生復雜度震蕩的原因為:removeLast時resize過於著急(Eager)。

解決辦法為:Lazy(remove延遲執行resize)

容量2n,size=n+1時:

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容量2n,size=n時,進行縮容1/2:

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容量2n,size=1/4*2n,進行縮容1/2 :

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當size==capacity/4時,才將capacity減半。

現在我們來進一步改進我們的程序代碼:

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 //從數組中刪除index位置的元素,返回刪除的元素
    public E remove(int index) {
        //1.判斷索引的選擇是否合法
        if (index < 0 || index > size)
            throw new IllegalArgumentException("您選擇的位置不合法");

        //2.先存儲需要刪除的索引對應的值
        E ret = data[index];

        //將索引為index之後(index)的元素依次向前移動
        for (int i = index + 1; i < size; i++) {
            //3.執行刪除--實質為索引為index之後(index)的元素依次向前移動,將元素覆蓋
            data[i - 1] = data[i];
        }
        //4.維護size變量
        size--;
        // loitering objects != memory leak 手動釋放內存空間
        data[size] = null;

        //縮容操作
        if (size == data.length / 2&&data.length!=0) {
            resize(data.length / 4);
        }
        //5.返回被刪除的元素
        return ret;
    }

到此我們完成了一個比較完善的動態數組的封裝。

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