一种有效的袜子配对算法

前提条件

堆里必须至少有一只袜子桌子必须足够大，以容纳N/2袜子（最坏情况），其中N是总数袜子。

算法

Try:

挑选第一只袜子把它放在桌子上选择下一只袜子，然后看看它（可能会把“不再有袜子”扔到袜子堆里）现在扫描桌子上的袜子（如果桌子上没有袜子，则抛出异常）有匹配的吗？a） 是=>从桌子上取下匹配的袜子b） no=>将袜子放在桌子上（可能会抛出“桌子不够大”异常）

除了：

桌子不够大：小心地将所有未配对的袜子混合在一起，然后继续操作//此操作将导致一个新的堆和一个空表桌子上没有袜子：扔（最后一只不受欢迎的袜子）堆里没有袜子：出口洗衣房

最后：

如果袜子堆里还有袜子：转到3

已知问题

如果或周围没有表，算法将进入无限循环桌子上没有足够的地方容纳至少一只袜子。

可能的改进

根据要分拣的袜子数量，吞吐量可能是通过整理桌子上的袜子来增加空间

为了使其工作，需要一个具有唯一每双袜子的价值。这样的属性很容易根据袜子的视觉财产合成。

按所述属性对桌上的袜子进行排序。让我们调用该属性“颜色”。将袜子排成一排，并将深色袜子放在右侧（即push_back（）），左侧（即。.push_front（））

对于大量的袜子，尤其是以前看不见的袜子，属性合成可能需要很长时间，因此吞吐量将明显下降。但是，这些属性可以保存在内存中并重用。

需要进行一些研究来评估这种可能性的效率改善出现以下问题：

上述袜子的最佳搭配数量是多少改善对于给定数量的袜子，之前需要多少次迭代吞吐量增加？a） 用于最后一次迭代b） 对于所有迭代

符合MCVE指南的PoC：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <time.h>

using namespace std;

struct pileOfsocks {
    pileOfsocks(int pairCount = 42) :
        elemCount(pairCount<<1) {
        srand(time(NULL));
        socks.resize(elemCount);

        vector<int> used_colors;
        vector<int> used_indices;

        auto getOne = [](vector<int>& v, int c) {
            int r;
            do {
                r = rand() % c;
            } while (find(v.begin(), v.end(), r) != v.end());
            v.push_back(r);
            return r;
        };

        for (auto i = 0; i < pairCount; i++) {
            auto sock_color = getOne(used_colors, INT_MAX);
            socks[getOne(used_indices, elemCount)] = sock_color;
            socks[getOne(used_indices, elemCount)] = sock_color;
        }
    }

    void show(const string& prompt) {
        cout << prompt << ":" << endl;
        for (auto i = 0; i < socks.size(); i++){
            cout << socks[i] << " ";
        }
        cout << endl;
    }

    void pair() {
        for (auto i = 0; i < socks.size(); i++) {
            std::vector<int>::iterator it = find(unpaired_socks.begin(), unpaired_socks.end(), socks[i]);
            if (it != unpaired_socks.end()) {
                unpaired_socks.erase(it);
                paired_socks.push_back(socks[i]);
                paired_socks.push_back(socks[i]);
            }
            else
                unpaired_socks.push_back(socks[i]);
        }

        socks = paired_socks;
        paired_socks.clear();
    }

private:
    int elemCount;
    vector<int> socks;
    vector<int> unpaired_socks;
    vector<int> paired_socks;
};

int main() {
    pileOfsocks socks;

    socks.show("unpaired socks");
    socks.pair();
    socks.show("paired socks");

    system("pause");
    return 0;
}

我希望我能为这个问题贡献一些新的东西。我注意到，所有的答案都忽略了这样一个事实，即在不降低整体洗衣性能的情况下，有两点可以执行预处理。

此外，即使是大家庭，我们也不需要假设有大量袜子。袜子从抽屉中取出并穿上，然后在洗衣服之前，将它们扔到一个地方（可能是一个垃圾箱）。虽然我不会将所说的垃圾箱称为后进先出堆栈，但我认为可以安全地假设

人们把两只袜子大致扔在箱子箱子在任何时候都不会随机化，因此从该容器顶部获取的任何子集通常都包含一双袜子。

由于我所知道的所有洗衣机的尺寸都是有限的（不管你要洗多少袜子），而且洗衣机中会发生实际的随机性，所以无论我们有多少袜子，我们总是有几乎不含单品的小子集。

我们的两个预处理阶段是“把袜子放在晾衣绳上”和“把袜子从晾衣绳里拿出来”，我们必须这样做，这样才能得到既干净又干燥的袜子。和洗衣机一样，晾衣绳是有限的，我假设我们可以看到袜子的整个部分。

以下是put_socks_on_ine（）的算法：

while (socks left in basket) {
 take_sock();
 if (cluster of similar socks is present) { 
   Add sock to cluster (if possible, next to the matching pair)
 } else {
  Hang it somewhere on the line, this is now a new cluster of similar-looking socks.      
  Leave enough space around this sock to add other socks later on 
 }
}

不要浪费时间四处移动袜子或寻找最佳搭配，这一切都应该在O（n）中完成，这也是我们将它们放在未分类的线上所需要的。袜子还没有配对，我们只有几个相似的簇。我们这里有一套有限的袜子是很有帮助的，因为这有助于我们创建“好”的簇（例如，如果这套袜子中只有黑色的袜子，那么按颜色簇就不是办法了）

下面是take_socks_from_line（）的算法：

while(socks left on line) {
 take_next_sock();
 if (matching pair visible on line or in basket) {
   Take it as well, pair 'em and put 'em away
 } else {
   put the sock in the basket
 }

我应该指出，为了提高其余步骤的速度，明智的做法是不要随机选择下一个袜子，而是从每个簇中依次选择一个又一个袜子。这两个预处理步骤只需要将袜子放在晾衣绳上或放在篮子里，这是我们无论做什么都必须做的，因此这将大大提高洗衣性能。

在此之后，很容易执行哈希分区算法。通常，大约75%的袜子已经配对，给我留下了非常小的袜子子集，并且这个子集已经（有点）聚类（在预处理步骤之后，我没有在我的篮子中引入太多熵）。另一件事是，剩余的集群往往足够小，可以一次处理，因此可以从篮子中取出整个集群。

下面是sort_maining_clusters（）的算法：

while(clusters present in basket) {
  Take out the cluster and spread it
  Process it immediately
  Leave remaining socks where they are
}

之后，只剩下几只袜子了。在这里，我将之前未配对的袜子引入到系统中，并在不使用任何特殊算法的情况下处理剩余的袜子——剩余的袜子非常少，可以非常快速地进行视觉处理。

对于所有剩余的袜子，我假设它们的同伴仍然没有洗，并将它们放在一边，以备下次迭代。如果你记录了一段时间内未配对袜子的增长（“袜子泄漏”），你应该检查你的垃圾箱——它可能会随机出现（你有猫睡在里面吗？）

我知道这些算法需要很多假设：一个充当某种LIFO堆栈的垃圾箱，一台有限的普通洗衣机，以及一条有限的普通晾衣绳——但这仍然适用于大量袜子。

关于并行性：只要你把两个袜子放在同一个箱子里，你就可以很容易地并行化所有这些步骤。

两种思路，查找任何匹配项所需的速度，与查找所有匹配项所需要的速度相比，与存储相比。

对于第二种情况，我想指出一个GPU并行版本，它查询所有匹配的袜子。

如果您有多个要匹配的财产，则可以使用分组元组和更高级的zip迭代器以及推力的转换函数，尽管这里是一个基于GPU的简单查询：

//test.cu
#include <thrust/device_vector.h>
#include <thrust/sequence.h>
#include <thrust/copy.h>
#include <thrust/count.h>
#include <thrust/remove.h>
#include <thrust/random.h>
#include <iostream>
#include <iterator>
#include <string>

// Define some types for pseudo code readability
typedef thrust::device_vector<int> GpuList;
typedef GpuList::iterator          GpuListIterator;

template <typename T>
struct ColoredSockQuery : public thrust::unary_function<T,bool>
{
    ColoredSockQuery( int colorToSearch )
    { SockColor = colorToSearch; }

    int SockColor;

    __host__ __device__
    bool operator()(T x)
    {
        return x == SockColor;
    }
};


struct GenerateRandomSockColor
{
    float lowBounds, highBounds;

    __host__ __device__
    GenerateRandomSockColor(int _a= 0, int _b= 1) : lowBounds(_a), highBounds(_b) {};

    __host__ __device__
    int operator()(const unsigned int n) const
    {
        thrust::default_random_engine rng;
        thrust::uniform_real_distribution<float> dist(lowBounds, highBounds);
        rng.discard(n);
        return dist(rng);
    }
};

template <typename GpuListIterator>
void PrintSocks(const std::string& name, GpuListIterator first, GpuListIterator last)
{
    typedef typename std::iterator_traits<GpuListIterator>::value_type T;

    std::cout << name << ": ";
    thrust::copy(first, last, std::ostream_iterator<T>(std::cout, " "));
    std::cout << "\n";
}

int main()
{
    int numberOfSocks = 10000000;
    GpuList socks(numberOfSocks);
    thrust::transform(thrust::make_counting_iterator(0),
                      thrust::make_counting_iterator(numberOfSocks),
                      socks.begin(),
                      GenerateRandomSockColor(0, 200));

    clock_t start = clock();

    GpuList sortedSocks(socks.size());
    GpuListIterator lastSortedSock = thrust::copy_if(socks.begin(),
                                                     socks.end(),
                                                     sortedSocks.begin(),
                                                     ColoredSockQuery<int>(2));
    clock_t stop = clock();

    PrintSocks("Sorted Socks: ", sortedSocks.begin(), lastSortedSock);

    double elapsed = (double)(stop - start) * 1000.0 / CLOCKS_PER_SEC;
    std::cout << "Time elapsed in ms: " << elapsed << "\n";

    return 0;
}

    //nvcc -std=c++11 -o test test.cu

1000万只袜子的运行时间：9毫秒

我在攻读计算机科学博士期间经常思考这个问题。我提出了多种解决方案，这取决于区分袜子的能力，从而尽可能快地找到正确的袜子。

假设看袜子和记住它们独特图案的成本可以忽略不计（ε）。那么最好的解决办法就是把所有的袜子都扔到桌子上。这包括以下步骤：

将所有袜子放在一张桌子上（1），并创建一个hashmap｛pattern:position｝（ε）当有剩余袜子时（n/2）：随机挑选一只袜子（1）查找相应袜子的位置（ε）取回袜子（1）并存放

这确实是最快的可能性，并且以n+1＝O（n）复杂度执行。但它假设你完全记得所有的模式。。。在实践中，情况并非如此，我个人的经验是，你有时在第一次尝试时找不到匹配的一对：

把所有袜子扔在桌子上（1）当有剩余袜子时（n/2）：随机挑选一只袜子（1）当未配对时（1/P）：找到具有相似图案的袜子拿袜子，比较两者（1）如果可以，存储配对

这现在取决于我们找到匹配对的能力。如果你的深色/灰色双鞋或白色运动袜经常有非常相似的图案，这一点尤其正确！让我们承认你有概率找到相应的袜子。在找到相应的袜子以形成一双袜子之前，平均需要1/P的尝试。总体复杂度为1+（n/2）*（1+1/P）=O（n）。

两者在袜子数量上都是线性的，并且是非常相似的解决方案。让我们稍微修改一下这个问题，承认你有多双类似的袜子，并且很容易在一次移动中存储多双袜子（1+ε）。对于K个不同的模式，您可以实现：

对于每只袜子（n）：随机挑选一只袜子（1）将其放到其模式的集群中对于每个集群（K）：取簇并储存袜子（1+ε）

总体复杂度变为n+K=O（n）。它仍然是线性的，但选择正确的算法现在可能很大程度上取决于P和K的值！但人们可能会再次反对，因为您可能很难找到（或创建）每只袜子的集群。

此外，你也可以在网站上查找最佳算法，并提出自己的解决方案，从而节省时间：）

真实世界方法：

尽快将袜子从未分类的袜子堆中取出，一次一个，然后放在前面。桩应布置得有一定的空间效率，所有袜子指向相同的方向；桩的数量受你容易到达的距离的限制。选择一堆袜子时，应尽快将袜子放在一堆看起来很像的袜子上；偶尔出现的I型（把袜子放在不属于它的袜子堆上）或II型（当有一堆类似的袜子时，把袜子放进自己的袜子堆里）错误是可以容忍的——最重要的考虑是速度。

一旦所有袜子都成了一堆，快速穿过多个袜子堆，创建成对的袜子，然后将它们取下（这些袜子朝抽屉方向）。如果袜子堆中有不匹配的袜子，请将它们重新堆到最好的位置（在尽可能快的限制范围内）。当处理完所有的多袜子堆后，将由于II类错误而未配对的剩余可配对袜子进行配对。哎呦，你完了——我有很多袜子，直到大部分都脏了才洗。另一个实际注意事项是：我将一双袜子的顶部翻转到另一双袜子上，利用它们的弹性财产，以便它们在被运送到抽屉和抽屉中时保持在一起。

这是问错了问题。正确的问题是，我为什么要花时间整理袜子？如果你选择X个货币单位来计算你的空闲时间，那么每年的花费是多少？

通常情况下，这不仅仅是任何空闲时间，这是早晨的空闲时间，你可以躺在床上，或者喝咖啡，或者早点离开，不被交通堵塞。

退一步想办法解决问题通常是好的。

还有一个办法！

找一只你喜欢的袜子。考虑所有相关特征：不同照明条件下的颜色、整体质量和耐久性、不同气候条件下的舒适性以及气味吸收。同样重要的是，它们在储存过程中不应失去弹性，所以天然织物是好的，它们应该可以用塑料包装。

如果左脚和右脚的袜子没有区别，那就更好了，但这并不重要。如果袜子是左右对称的，找到一双袜子是O（1）运算，而对袜子进行排序是近似的O（M）运算，其中M是你家里扔袜子的地方的数量，理想情况下是一个小常数。

如果你选择了一双左右袜子不同的奇装异服，对左脚和右脚的桶进行全桶排序，取O（N+M），其中N是袜子的数量，M与上述相同。其他人可以给出找到第一双袜子的平均迭代次数的公式，但通过盲搜索找到一双袜子的最坏情况是N/2+1，对于合理的N来说，这在天文学上是不太可能的。当用Mk1 Eyeball扫描一堆未分类的袜子时，使用先进的图像识别算法和启发式方法可以加快速度。

因此，实现O（1）袜子配对效率的算法（假设对称袜子）为：

你需要估计你的余生需要多少双袜子，或者直到你退休并搬到更温暖的气候，不再需要穿袜子。如果你还年轻，你还可以估计我们需要多长时间才能在家里拥有袜子分拣机器人，而整个问题变得无关紧要。您需要了解如何批量订购您选择的袜子，以及它的价格，以及它们的送货方式。订购袜子！扔掉你的旧袜子。

另一个步骤3将包括比较几年来一次购买几双同样数量的可能更便宜的袜子的成本，并加上整理袜子的成本。但我要保证：批量购买更便宜！此外，库存袜子的价值会随着股价的上涨而增加，这比你在很多投资中得到的要多。此外，还有存储成本，但袜子确实不会占用壁橱顶部货架上的空间。

问题已解决。所以，只要买一双新袜子，扔掉/捐赠你的旧袜子，在知道你的余生每天都在节省金钱和时间之后，就可以幸福地生活下去。