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下面就首先从一些数学问题入手。

Q1: 如何证明时间复杂度O(logN) < O(N) < O(NlogN) < O(N2) < O(2N) < O(N!) < O(NN)?

A: 如果一个以整数为参数的不等式不能很容易看出不等的关系,那么最好用图示或者数学归纳法。

很显然,使用图示的方法也不能很好得到上面的关系图,因为图示范围较小,不能证明当N趋于无穷大依然成立。所以,数学归纳法成为首选。

不失一般性,假设logN的底数为2:

欲证明O(logN) < O(N),只需要证明log2N < N = log22N, 只需要证明N < 2N  

当N = 1时成立,假设上面成立,现在只要证明N + 1 <  2N+1     

这个显然成立。

O(N) < O(NlogN) 很容易证明,这里不再证明;

O(logN) < O(N), 很容易证明 O(NlogN) < O(N2)

对于O(N2) < O(2N) < O(N!) < O(NN),由上面的方法同样很容易证明,这里不再赘述。

Q2:如何证明1+2+.....+n = n(n+1)/2   ?

A: 对于以整数n为变量的表达式的证明方式当然是数学归纳法。

当n=1时,很显然成立;假设等于n的时候也成立,下面就要证明当等于n+1的时候依然成立。

1+2+...+n+(n+1) = n(n+1)/2+(n+1)=(n+1)(n+2)/2.显然成立。所以证明此等式成立。

当然,证明这个还可以用高斯的NB计算方法:

假设S=1+2+...+(n-1)+n

同样S=n+(n-1)+...+2+1

所以两式相加: 2S=(n+1)+(n+1)+...+(n+1)+(n+1)=n(n+1);

所以S=n(n+1)/2.

当然,还有另外一种画图的方式来证明:

 如上图,在一个边长为n的正方形里面,存放了1,2,...n这些小圆圈。

可以看出,(1+2+...+n)*2=n*n+n;

所以1+2+...+n=n(n+1)/2.


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