Ingeniería en Software Facultad de Ingeniería 2014 Análisis de Algoritmos El concepto de complejidad (aritmética en notación O) Prof.: Ricardo Botero Tabares Ingeniería en Software Facultad de Ingeniería 2014

El concepto de complejidad (aritmética en notación O) Para calcular el tiempo de ejecución de un algoritmo se debe definir su orden de magnitud, basado en el contador de frecuencias. El orden de magnitud hace referencia a la aritmética en notación O.

El concepto de complejidad (aritmética en notación O) Los órdenes de magnitud más comunes son los que se observan en la tabla inferior, donde los algoritmos más eficientes en cuanto a tiempo de ejecución son los de orden de magnitud constante, y los menos eficientes son los de orden de magnitud exponencial. Orden de magnitud Representación Constante O(1) Logarítmico O(log2(n)) Lineal O(n) Semilogarítmico O(nlog2(n)) Cuadrático O(n2) Cúbico O(n3) Exponencial O(2n) Eficiencia Veamos otros algoritmos con orden de magnitud cúbico, logarítmico, semilogarítmico y exponencial.

Algoritmo de complejidad cúbica El concepto de complejidad (aritmética en notación O) Algoritmo de complejidad cúbica Ejemplo: llenar una arreglo de tres dimensiones (algoritmo con tres ciclos anidados). //Declaraciones previas: variables globales o de clase int n; double cubo[] [] []; void llenarCubo( ){ //Se asume que la variable entera n tiene un valor consistente. cubo = new double[n] [n] [n]; for (int i = 0; i < n; i++) for (int j = 0; j < n; j++) for (int k = 0; k < n; k++){ Consola.imprimir(“Digite un número real:”); cubo [i] [j] [k] = Consola.leerReal(); } Orden de magnitud: O(n3)

El concepto de complejidad (aritmética en notación O) Algoritmo de complejidad logarítmica: Recordemos el concepto de logaritmo: logb(x) = r El número r es el exponente al cual hay que elevar el número b (base) para obtener x, es decir: br = x Ejemplos: log2(32) = 5 porque 25 = 32 log10(100) = 2 porque 102 = 100 En otras palabras: el logaritmo de un número x es el número de veces que hay que dividir dicho número, por otro llamado base (b), hasta obtener un cociente de uno (1).

El concepto de complejidad (aritmética en notación O) Un algoritmo clásico de complejidad logarítmica en base 2, es el algoritmo de la búsqueda binaria sobre un vector ordenado. vec El algoritmo es el siguiente: int busquedaBinaria(int dato) { // El vector vec y su tamaño n // son atributos de clase int centro, inf = 0, sup = n-1; while (inf <= sup){ centro = (sup + inf) / 2; if (vec[centro] == dato) return centro; else if (dato < vec[centro]) sup = centro - 1; else inf = centro + 1; } return -1; 3 5 8 13 19 23 31 36 45 50 57 61 72 81 93 1 2 4 6 7 9 10 11 12 14

El concepto de complejidad (aritmética en notación O) Otros algoritmos sencillos de complejidad logarítmica i) O(log2(n)) void metodoLogaritmico1( ){ int n, cont, i; n = 32, cont = 0, i = 32; while (i > 1){ cont = cont + 1; i = i / 2; } Consola.imprimir(n + “\n” + cont); O también:

El concepto de complejidad (aritmética en notación O) ii) O(log2(n)) void metodoLogaritmico2( ){ int n, cont, i; n = 32, cont = 0, i = 1; while (i < n){ cont = cont + 1; i = i * 2; } Consola.imprimir(n + “\n” + cont);

El concepto de complejidad (aritmética en notación O) iii) O(log3(n)) void metodoLogaritmico3( ){ int n, cont, i; n = 81, cont = 0, i = 81; while (i > 1){ cont = cont + 1; i = i / 3; } Consola.imprimir(n + “\n” + cont); En general, si la variable controladora del ciclo (en este caso i) se dividiera por x, el algoritmo sería O(logx(n)).

El concepto de complejidad (aritmética en notación O) Algoritmo de complejidad semilogarítmica Se debe tener un ciclo logarítmico dentro de otro ciclo de magnitud lineal. void semiLogaritmico( int n){ int acum, i, j, tot; acum = 0, i = 1; while (i <= n){ tot = 0; j = n; while (j > 1){ tot = tot +1; j = j / 2; } Consola.imprimir(tot); acum = acum + tot; i = i + 1; Consola.imprimir(n + “\n” + acum); Orden de magnitud: nlog2(n)

El concepto de complejidad (aritmética en notación O) Búsqueda del algoritmo más eficiente Considérese el siguiente problema: Leer un entero positivo y mostrar la suma de los enteros desde uno (1) hasta el número ingresado. Una solución inmediata es la siguiente: void sumatoria( ){ int n, suma = 0, i; Consola.imprimir(“Ingrese un número entero positivo:”); n = Consola.leerEntero( ); for (i = 1; i <= n; i++) suma += i; Consola.imprimir(“Suma enteros desde 1 hasta ” + n + “: ”+ suma); } Este método es: O(n)

El concepto de complejidad (aritmética en notación O) Ahora, existe una fórmula matemática para calcular la suma de los enteros entre 1 y una variable entera n: suma = 𝑖=1 𝑛 𝑖 = n*(n + 1) / 2 Aplicando esta fórmula, podemos solucionar el problema sin el uso de un ciclo en el cálculo de la sumatoria: void sumatoriaConFormula( ){ int n, suma; Consola.imprimir(“Ingrese un número entero positivo:”); n = Consola.leerEntero( ); suma = n*(n + 1) / 2; Consola.imprimir(“Suma enteros desde 1 hasta ” + n + “: ”+ suma); } Este método es: O(1)

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