我在读CLRS的《算法导论》。在第二章中,作者提到了“循环不变量”。什么是循环不变量?


当前回答

我喜欢这个非常简单的定义:

循环不变量是(程序变量之间的)一种条件,它必须在每次循环迭代之前和之后立即为真。(请注意,在迭代过程中,这并没有说明它的真伪。)

By itself, a loop invariant doesn't do much. However, given an appropriate invariant, it can be used to help prove the correctness of an algorithm. The simple example in CLRS probably has to do with sorting. For example, let your loop invariant be something like, at the start of the loop, the first i entries of this array are sorted. If you can prove that this is indeed a loop invariant (i.e. that it holds before and after every loop iteration), you can use this to prove the correctness of a sorting algorithm: at the termination of the loop, the loop invariant is still satisfied, and the counter i is the length of the array. Therefore, the first i entries are sorted means the entire array is sorted.

一个更简单的例子:循环不变量、正确性和程序推导。

我理解循环不变量的方式是作为一个系统的,正式的工具来推理程序。我们做了一个陈述,我们专注于证明它是正确的,我们称之为循环不变量。这组织了我们的逻辑。虽然我们也可以非正式地讨论一些算法的正确性,但使用循环不变量迫使我们非常仔细地思考,并确保我们的推理无懈可击。

其他回答

值得注意的是,循环不变量可以帮助迭代算法的设计,因为它被认为是一个断言,表示变量之间的重要关系,在每次迭代开始时和循环结束时,这些关系必须为真。如果这是成立的,计算是在有效的道路上。如果为false,则算法失败。

我喜欢这个非常简单的定义:

循环不变量是(程序变量之间的)一种条件,它必须在每次循环迭代之前和之后立即为真。(请注意,在迭代过程中,这并没有说明它的真伪。)

By itself, a loop invariant doesn't do much. However, given an appropriate invariant, it can be used to help prove the correctness of an algorithm. The simple example in CLRS probably has to do with sorting. For example, let your loop invariant be something like, at the start of the loop, the first i entries of this array are sorted. If you can prove that this is indeed a loop invariant (i.e. that it holds before and after every loop iteration), you can use this to prove the correctness of a sorting algorithm: at the termination of the loop, the loop invariant is still satisfied, and the counter i is the length of the array. Therefore, the first i entries are sorted means the entire array is sorted.

一个更简单的例子:循环不变量、正确性和程序推导。

我理解循环不变量的方式是作为一个系统的,正式的工具来推理程序。我们做了一个陈述,我们专注于证明它是正确的,我们称之为循环不变量。这组织了我们的逻辑。虽然我们也可以非正式地讨论一些算法的正确性,但使用循环不变量迫使我们非常仔细地思考,并确保我们的推理无懈可击。

在这种情况下,不变量意味着在每次循环迭代的某一点上必须为真条件。

在契约编程中,不变量是在调用任何公共方法之前和之后必须为真(通过契约)的条件。

简单地说,它是一个循环条件,在每次循环迭代中都为真:

for(int i=0; i<10; i++)
{ }

在这里,我们可以说i的状态是i<10并且i>=0

《如何思考算法》的定义,Jeff Edmonds著

循环不变式是放置在循环和循环顶部的断言 每次计算返回到循环的顶部时,这必须成立。