Förstå Big O-notation

Datastrukturer och algoritmer i Python

Miriam Antona

Software Engineer

Big O-notation

  • Mäter värsta fallets komplexitet hos en algoritm
    • Tidskomplexitet: tid att köra klart
    • Minneskomplexitet: extra minnesutrymme
  • Använder inte sekunder/bytes
    • Resultaten varierar beroende på hårdvara
  • Matematiska uttryck: $O(1)$, $O(n)$, $O(n^2)$...
Datastrukturer och algoritmer i Python

Big O-notation

En grafisk representation av olika typer av algoritmer i Big O-notation.

Datastrukturer och algoritmer i Python

$O(1)$

colors = ['green', 'yellow', 'blue', 'pink']

def constant(colors):
    print(colors[2])

constant(colors)
blue
Datastrukturer och algoritmer i Python

$O(1)$

colors = ['green', 'yellow', 'blue', 'pink', 'black', 'white', 'purple', 'red']

def constant(colors):
    print(colors[2])  # O(1)

constant(colors)
blue
Datastrukturer och algoritmer i Python

$O(n)$

colors = ['green', 'yellow', 'blue', 'pink']

def linear(colors):
  for color in colors:
    print(color)    

linear(colors)
green

yellow
blue
pink
Datastrukturer och algoritmer i Python

$O(n)$

colors = ['green', 'yellow', 'blue', 'pink'] # n=4

def linear(colors):
  for color in colors:
    print(color)    # O(4)

linear(colors)
  • n=4: 4 operationer
Datastrukturer och algoritmer i Python

$O(n)$

colors = ['green', 'yellow', 'blue', 'pink', 'black', 'white', 'purple'] # n=7

def linear(colors):
  for color in colors:
    print(color)    # O(7)

linear(colors)
  • n=4: 4 operationer
  • n=7: 7 operationer
  • n=100: 100 operationer
  • ...
  • $O(n)$-komplexitet
Datastrukturer och algoritmer i Python

$O(n^2)$

colors = ['green', 'yellow', 'blue']

def quadratic(colors):  
  for first in colors:
      for second in colors:
          print(first, second)

quadratic(colors)
  • n=3: (3 x 3) 9 operationer
  • n=100: (100 x 100) 10 000 operationer
  • kvadratiskt mönster
  • $O(n^2)$-komplexitet
green green
green yellow
green blue
yellow green
yellow yellow
yellow blue
blue green
blue yellow
blue blue
Datastrukturer och algoritmer i Python

$O(n^3)$

colors = ['green', 'yellow', 'blue']

def cubic(colors):  
  for color1 in colors:
      for color2 in colors:
          for color3 in colors:
              print(color1, color2, color3)

cubic(colors)
  • n=3: (3 x 3 x 3) 27 operationer
  • n=10: (10 x 10 x 10) 1 000 operationer
  • kubiskt mönster
  • $O(n^3)$-komplexitet
Datastrukturer och algoritmer i Python

Beräkna Big O-notation

colors = ['green', 'yellow', 'blue', 'pink', 'black', 'white', 'purple']
other_colors = ['orange', 'brown']

def complex_algorithm(colors):
  color_count = 0

  for color in colors:
      print(color)
      color_count += 1

  for other_color in other_colors:
      print(other_color)
      color_count += 1

  print(color_count)

complex_algorithm(colors)
Datastrukturer och algoritmer i Python

Beräkna Big O-notation

colors = ['green', 'yellow', 'blue', 'pink', 'black', 'white', 'purple']  # O(1)
other_colors = ['orange', 'brown']  # O(1)


def complex_algorithm(colors): color_count = 0 # O(1)
for color in colors: print(color) # O(n) color_count += 1 # O(n)
for other_color in other_colors: print(other_color) # O(m) color_count += 1 # O(m)
print(color_count) # O(1)
complex_algorithm(colors) # O(4
Datastrukturer och algoritmer i Python

Beräkna Big O-notation

colors = ['green', 'yellow', 'blue', 'pink', 'black', 'white', 'purple']  # O(1)
other_colors = ['orange', 'brown']  # O(1)

def complex_algorithm(colors):
  color_count = 0          # O(1)

  for color in colors:
    print(color)           # O(n)
    color_count += 1       # O(n)

  for other_color in other_colors:
    print(other_color)     # O(m)
    color_count += 1       # O(m)

  print(color_count)       # O(1)

complex_algorithm(colors)  # O(4 + 2n
Datastrukturer och algoritmer i Python

Beräkna Big O-notation

colors = ['green', 'yellow', 'blue', 'pink', 'black', 'white', 'purple']  # O(1)
other_colors = ['orange', 'brown']  # O(1)

def complex_algorithm(colors):
  color_count = 0          # O(1)

  for color in colors:
    print(color)           # O(n)
    color_count += 1       # O(n)

  for other_color in other_colors:
    print(other_color)     # O(m)
    color_count += 1       # O(m)

  print(color_count)       # O(1)

complex_algorithm(colors)  # O(4 + 2n + 2m)
Datastrukturer och algoritmer i Python

Förenkla Big O-notation

  1. Ta bort konstanter
    • $O(4 + 2n + 2m)$ -> $O(n + m)$
  2. Olika variabler för olika indata
    • $O(n + m)$
  3. Ta bort mindre termer
    • $O(n + n^2)$
Datastrukturer och algoritmer i Python

Förenkla Big O-notation

  1. Ta bort konstanter
    • $O(4 + 2n + 2m)$ -> $O(n + m)$
  2. Olika variabler för olika indata
    • $O(n + m)$
  3. Ta bort mindre termer
    • $O(n + n^2)$ -> $O(n^2)$
Datastrukturer och algoritmer i Python

Nu kör vi en övning!

Datastrukturer och algoritmer i Python

Preparing Video For Download...