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如何计算图遍历算法的空间复杂度

碧海醫心

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发布时间:2026-01-11 15:33:01

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来源于php中文网

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如何计算图遍历算法的空间复杂度

本文详解在使用邻接矩阵存储的无向连通图中,基于bfs判断两顶点间路径存在性的空间复杂度分析方法,明确区分输入空间与辅助空间,指出总空间复杂度为 o(v²),而bfs主体部分仅为 o(v)。

在算法分析中,空间复杂度并非仅指临时变量或递归等“额外开销”,而是包含输入数据所占空间 + 辅助空间(Auxiliary Space) 的总和。这一点常被初学者忽略,导致对 O(V) 与 O(V²) 的争议。

以题中代码为例,核心函数 hasPath1 使用 BFS 判断路径是否存在,其内部仅维护一个 Queue 和一个布尔数组 visited[]:

Queue queue = new LinkedList<>(); // 最坏情况存入所有 V 个顶点 → O(V)
boolean visited[] = new boolean[n];         // 显式申请,O(V)

因此,该函数的辅助空间复杂度为 O(V) —— 这正是 BFS 算法本身的内存开销:队列最多容纳全部顶点(如星形图中源点直连其余所有点,且目标点在最后出队),visited 数组也固定为 n 个布尔值。

然而,完整程序的空间复杂度必须计入输入结构。题中图以 int[][] adjMatrix = new int[n][n] 形式传入,这是一个 n × n 的二维数组,共占用 O(n²) = O(V²) 空间。根据定义:

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Space Complexity = Input Space + Auxiliary Space

故总空间复杂度为:
  O(V²)(邻接矩阵) + O(V)(队列 + visited 数组) = O(V²)(高阶项主导)

✅ 正确结论:

  • 若题目问“BFS 实现部分的空间复杂度”,答 O(V);
  • 若问“整个函数/程序的空间复杂度”,答 O(V²)(因输入邻接矩阵不可忽略)。

⚠️ 注意事项:

  • 邻接表表示图时,输入空间为 O(V + E),此时总空间复杂度降为 O(V + E);
  • Scanner、main 中的局部变量等属于常数级开销,不影响渐进复杂度;
  • LinkedList 作为队列虽有节点对象开销,但每个顶点至多入队一次,仍为 O(V),不改变量级。

综上,空间复杂度分析需始终明确分析边界:是纯算法逻辑,还是包含输入数据的端到端实现?本例中,因邻接矩阵是问题输入的核心载体,O(V²) 是严谨且标准的答案。

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