昨天，我在洗衣服时把袜子配对，结果发现我这样做效率不高。我在做一个天真的搜索——挑选一只袜子，然后“反复”寻找那一双袜子。这需要平均在n/2*n/4=n2/8袜子上迭代。
作为一名计算机科学家，我在想我能做什么？排序（根据大小/颜色/…）当然是为了实现O（NlogN）解决方案。
哈希或其他不到位的解决方案是不可选择的，因为我无法复制我的袜子（如果可以的话，这可能很好）。
因此，问题基本上是：
给定一堆n双袜子，其中包含2n个元素（假设每只袜子正好有一对匹配的袜子），用对数的额外空间高效地将它们配对的最佳方式是什么？（如果需要的话，我相信我可以记住这些信息。）
我将感谢回答以下方面的问题：
大量袜子的一般理论解。袜子的实际数量没有那么多，我不相信我的配偶和我有超过30双。（而且很容易区分我的袜子和她的袜子；这也可以用吗？）它是否等同于元素清晰度问题？
当前回答
从你的问题来看，你显然没有太多洗衣方面的实际经验：）。你需要一种算法，能很好地处理少量不可配对的袜子。
到目前为止，答案还没有充分利用我们的人类模式识别能力。集合游戏提供了如何做好这一点的线索：将所有袜子放在一个二维空间中，这样你就可以很好地识别它们，并用手轻松地够到它们。这将您的面积限制在120*80厘米左右。从那里选择您识别的配对并将其删除。将多余的袜子放在空闲空间，然后重复。如果你为穿着容易辨认的袜子的人洗衣服（脑海中浮现的是小孩子），你可以先选择袜子来进行基数排序。该算法仅在单袜子数量较少时有效
其他回答
List<Sock> UnSearchedSocks = getAllSocks();
List<Sock> UnMatchedSocks = new list<Sock>();
List<PairOfSocks> PairedSocks = new list<PairOfSocks>();
foreach (Sock newSock in UnsearchedSocks)
{
Sock MatchedSock = null;
foreach(Sock UnmatchedSock in UnmatchedSocks)
{
if (UnmatchedSock.isPairOf(newSock))
{
MatchedSock = UnmatchedSock;
break;
}
}
if (MatchedSock != null)
{
UnmatchedSocks.remove(MatchedSock);
PairedSocks.Add(new PairOfSocks(MatchedSock, NewSock));
}
else
{
UnmatchedSocks.Add(NewSock);
}
}
由于人脑的结构与现代CPU完全不同，所以这个问题毫无实际意义。
人类可以利用“找到匹配的对”这一事实来战胜CPU算法，这对于一个不太大的集合来说是一个操作。
我的算法：
spread_all_socks_on_flat_surface();
while (socks_left_on_a_surface()) {
// Thanks to human visual SIMD, this is one, quick operation.
pair = notice_any_matching_pair();
remove_socks_pair_from_surface(pair);
}
至少这是我在现实生活中使用的，我发现它非常有效。缺点是它需要一个平坦的表面，但通常很丰富。
排序解决方案已经提出，但排序有点太多了：我们不需要排序；我们只需要平等团体。
所以散列就足够了（而且更快）。
对于每种颜色的袜子，形成一堆。重复输入篮中的所有袜子，并将它们分配到颜色堆上。在每个桩上循环，并通过其他度量（例如模式）将其分配到第二组桩中递归地应用此方案，直到您将所有袜子分发到非常小的堆上，您可以立即进行可视化处理
当SQL Server需要对庞大的数据集进行哈希连接或哈希聚合时，这种递归哈希分区实际上是由它完成的。它将其构建输入流分配到许多独立的分区中。该方案可线性扩展到任意数量的数据和多个CPU。
如果您可以找到一个分发密钥（哈希密钥），该密钥提供足够的存储桶，使得每个存储桶足够小，可以快速处理，那么您就不需要递归分区。不幸的是，我认为袜子没有这种特性。
如果每只袜子都有一个名为“PairID”的整数，那么可以根据PairID%10（最后一位）轻松地将它们分配到10个桶中。
我能想到的现实世界中最好的分区是创建一个堆积的矩形：一个维度是颜色，另一个是图案。为什么是长方形？因为我们需要O（1）随机访问桩。（3D长方体也可以，但这不太实用。）
更新：
并行性呢？多人能更快地匹配袜子吗？
最简单的并行化策略是让多个工人从输入篮中取出袜子，然后将袜子放到堆上。这只会增加这么多——想象100人在10个桩上战斗。同步成本（表现为手部碰撞和人类通信）破坏了效率和加速（参见通用可扩展性定律！）。这是否容易陷入僵局？不，因为每个工人一次只需要访问一堆。只有一个“锁”，就不会出现死锁。活锁可能是可能的，这取决于人类如何协调对桩的访问。他们可能只是使用随机退避，就像网卡在物理级别上那样，以确定什么卡可以独占地访问网络线路。如果它适用于NIC，那么它也应该适用于人类。如果每个工人都有自己的一组桩，它几乎可以无限扩展。然后，工人可以从输入篮中取出大块袜子（很少有人争抢，因为他们很少这样做），而且他们在分发袜子时根本不需要同步（因为他们有线程局部堆）。最后，所有工人都需要联合他们的桩组。我相信，如果工人形成一个聚合树，这可以在O（log（工人计数*每个工人的桩数））中完成。
元素的清晰度问题呢？正如文章所述，元素区别问题可以用O（N）来解决。袜子问题也是如此（如果你只需要一个分发步骤（我提出了多个步骤，只是因为人类不擅长计算-如果你在md5上分发（颜色、长度、图案…），即所有属性的完美哈希），那么一个步骤就够了）。
显然，一个速度不能比O（N）快，所以我们已经达到了最佳下限。
虽然输出不完全相同（在一种情况下，只是布尔值。在另一种情况中，是袜子对），但渐近复杂性是相同的。
如果“移动”操作相当昂贵，而“比较”操作很便宜，并且无论如何都需要将整个集合移动到一个缓冲区中，在那里搜索速度比原始存储快得多。。。只需将排序整合到强制移动中即可。
我发现，将分拣过程整合到晾衣架中，这一过程变得轻而易举。无论如何，我需要拿起每一只袜子，然后把它挂起来（移动），把它挂在绳子上的某个特定位置几乎不需要任何费用。现在，为了不强制搜索整个缓冲区（字符串），我选择按颜色/阴影放置袜子。左边更黑，右边更亮，前面更鲜艳。现在，在我挂上每一只袜子之前，我先看看它的“右边附近”是否已经有一只匹配的袜子——这限制了“扫描”其他2-3只袜子——如果有，我就把另一只挂在旁边。然后，我把它们成对地卷起来，然后在干的时候把它们从绳子上取下来。
现在，这似乎与顶级答案所建议的“按颜色形成桩”没有什么不同，但首先，通过不选择离散桩而是选择范围，我没有问题将“紫色”分类为“红色”还是“蓝色”桩；它只是介于两者之间。然后通过集成两个操作（挂起晾干和分拣），挂起时的分拣开销大约是单独分拣的10%。
Defant&Kravitz（1）给出了一种算法，通过将袜子依次放在脚上和脚下来对袜子进行排序。
他们的算法适用于任意数量的英尺。
本文给出了（定理1.1）可使用单脚排序的袜子订单的特征。从他们的定理1.3可以看出，每一个4种颜色的袜子订单最多可以用两只脚进行排序，而有5种颜色的袜订单不可能用两只脚排序。
Colin Defant和Noah Kravitz，袜子足部分类（2022）
