引入

和 都趋于无穷,哪个”更大”?

为什么求 型极限时,只需看最高次项?

什么是”抓大头”原则,它为什么成立?

正文

定义

设当 (或 )时, 且 ,考察比值极限

四种阶

的值称谓记号
是 的高阶无穷大
同阶无穷大
等价无穷大
是 的低阶无穷大

阶无穷大

若存在正数 ,使

则称 是 的** 阶无穷大**。这是”阶”的量化版本,用于精确比较增长速度。

抓大头原则

原则

当 时,多项式的等价无穷大是它的最高次项。

为什么成立:提取最高次项后

低次项相对最高次项趋于零,所以可以忽略。

“抓大头”只适用于乘除结构。在加减结构中直接替换会出错:

若把 抓成 ,会得到 ,但正确结果是 。原因是这里两个无穷大相减,低阶项恰好是主要贡献。

增长速度的排序

当 时:

函数增长速度
最慢
慢
中
快
更快
极快

这个排序是算法复杂度分析的基础: 优于 , 又优于 。

常见等价无穷大

函数等价形式
多项式
(斯特林公式)

求和型

求和后的阶比重数高一阶,因为累加 项会带来 倍的放大。

与无穷小比较的对偶

无穷大无穷小
,,
考察 考察
高阶 高阶
低阶 低阶

阶的方向相反:无穷大中”大”的是高阶,无穷小中”小”的是高阶。这是最容易记混的地方。

常见误区

错误说法问题
”抓大头可以用于加减”只能用于乘除
” 与 同阶”不同阶
”等价无穷大可以在加减中替换”不行
” 比 增长快” 更慢
”无穷大的阶与无穷小的阶定义相同”方向相反

引出

为什么等价无穷大在加减中不能替换?

斯特林公式如何把阶乘转化为幂函数?

算法复杂度中的 记号与这里的阶有什么关系?