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
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。
其他回答
我提出了另一个解决方案，它不会承诺更少的操作，也不会减少时间消耗，但应该尝试看看它是否能成为一个足够好的启发式方法，在大量袜子配对中提供更少的时间消耗。
前提条件：不能保证有相同的袜子。如果它们的颜色相同，并不意味着它们的大小或图案相同。袜子随机洗牌。袜子的数量可能是奇数（有些不见了，我们不知道有多少）。准备记住一个变量“index”并将其设置为0。
结果将有一个或两个桩：1。“匹配”和2。“缺少”
启发式：
找到最与众不同的袜子。找到匹配项。如果没有匹配项，请将其放在“缺失”堆上。从1开始重复。直到没有最与众不同的袜子。如果袜子少于6只，请转到11只。盲目地将所有袜子与邻居配对（不要打包）找到所有匹配的对，将其打包并将打包的对移动到“匹配”的堆中；如果没有新的匹配项-将“索引”增加1如果“index”大于2（这可能取决于袜子的值因为袜子数量越多盲目配对）进入11打乱其余的转到1忘记“索引”挑选一只袜子查找其配对如果没有袜子，就把它移到“失踪”的那一堆如果找到匹配项，将其配对，将其打包并移动到“匹配”堆中如果还有不止一只袜子，那就去12只如果只剩下一个，请转到14满意的微笑：）
此外，还可以添加检查袜子是否损坏，就像移除袜子一样。它可以插入2到3之间，13到14之间。
我期待听到任何经验或更正。
这个问题实际上很有哲理。本质上，这是关于人们解决问题的能力（我们大脑的“湿件”）是否等同于算法所能完成的任务。
袜子分类的一个明显算法是：
Let N be the set of socks that are still unpaired, initially empty
for each sock s taken from the dryer
if s matches a sock t in N
remove t from N, bundle s and t together, and throw them in the basket
else
add s to N
现在这个问题的计算机科学都是关于步骤的
“如果s与N中的袜子t配对”。我们能多快“记住”到目前为止所看到的东西？“从N中删除t”和“将s添加到N”。跟踪我们目前所看到的情况有多贵？
人类将使用各种策略来实现这些目标。人类的记忆是关联的，类似于哈希表，其中存储值的特征集与相应的值本身配对。例如，“红色汽车”的概念映射到一个人能够记住的所有红色汽车。有完美记忆的人有完美的映射。大多数人（以及其他大多数人）在这方面都不完美。关联映射的容量有限。映射可能会在各种情况下（一杯啤酒太多）消失，被错误记录（“我认为她的名字是贝蒂，而不是内蒂”），或者即使我们观察到真相已经改变，也永远不会被覆盖（“爸爸的车”让人想起“橙色火鸟”，而我们实际上知道他用它换了红色的科迈罗）。
就袜子而言，完美回忆意味着看一只袜子总会产生它的同胞t的记忆，包括足够的信息（它在熨衣板上的位置），以便在恒定的时间内找到t。一个有照片记忆的人会在恒定的时间内完成1和2的任务。
记忆力不太好的人可能会根据自己能力范围内的特征使用一些常识等价类：尺寸（爸爸、妈妈、宝宝）、颜色（绿色、红色等）、图案（菱形、素色等）、风格（脚、膝盖高等）。这通常允许通过内存在恒定时间内定位类别，但随后需要通过类别“桶”进行线性搜索。
一个完全没有记忆或想象力的人（抱歉）只会把袜子放在一堆里，然后对整堆袜子进行线性搜索。
一个整洁的怪人可能会像某人建议的那样使用数字标签。这打开了完全排序的大门，允许人类使用与CPU完全相同的算法：二进制搜索、树、散列等。
因此，“最佳”算法取决于运行该算法的湿软件/硬件/软件的质量，以及我们是否愿意通过对其施加总订单来“欺骗”。当然，一个“最好”的元算法是雇佣世界上最好的袜子分类器：一个人或机器可以通过不断的时间查找、插入和删除，在1-1关联存储器中获取并快速存储大量的袜子属性集N。这样的人和机器都可以采购。如果你有一双袜子，你可以在O（N）时间内将所有袜子配对N双，这是最佳的。总订单标签允许您使用标准哈希来获得与人工或硬件计算机相同的结果。
对于p双袜子（n=2p只袜子），我实际上是这样做的：
从袜子堆里随便拿一只袜子。对于第一只袜子，或者如果之前选择的所有袜子都已配对，只需将袜子放入前面未配对袜子“阵列”的第一个“槽”中。如果有一个或多个选定的未配对袜子，请对照阵列中的所有未配对袜子检查当前袜子。在构建阵列时，可以将袜子分为普通类别或类型（白色/黑色、脚踝/圆领、运动型/连衣裙），并“向下搜索”以仅比较同类。如果你找到了一个可以接受的匹配，把两只袜子放在一起，然后把它们从阵列中去掉。如果没有，请将当前袜子放入阵列中第一个打开的插槽中。对每只袜子重复上述步骤。
这种方案的最坏情况是，每双袜子都不同，必须完全匹配，而且你挑选的第一双n/2袜子都不同。这是你的O（n2）场景，极不可能。如果袜子的独特类型的数量t小于袜子对的数量p=n/2，并且每种类型的袜子都足够相似（通常在穿着相关的术语中），使得该类型的任何袜子都可以与任何其他袜子配对，那么正如我上面所推断的，你必须与之进行比较的袜子的最大数量是t，之后你拉动的下一只袜子将与未配对的袜子之一相匹配。这种情况在普通袜子抽屉中比在最坏情况下更可能发生，并将最坏情况的复杂性降低到O（n*t），其中通常t<<n。
为了说明从一堆袜子中配对有多有效，我们必须首先定义机器，因为配对不是通过图灵或随机存取机器完成的，而随机存取机器通常用作算法分析的基础。
机器
机器是被称为人类的现实世界元素的抽象。它能够通过一双眼睛从环境中阅读。我们的机器模型能够通过使用两个手臂来操纵环境。逻辑和算术运算是用我们的大脑计算的（希望是；-）。
我们还必须考虑可以使用这些仪器执行的原子操作的内在运行时间。由于物理限制，由手臂或眼睛执行的操作具有非恒定的时间复杂性。这是因为我们不能用手臂移动一大堆无穷无尽的袜子，也不能用眼睛看到一大堆袜子上的袜子。
然而，机械物理学也给了我们一些好处。我们不限于用手臂移动最多一只袜子。我们可以一次移动两个。
因此，根据之前的分析，应按降序使用以下操作：
逻辑和算术运算环境读数环境改造
我们还可以利用这样一个事实，即人们只有非常有限的袜子。因此，环境改造可能涉及到所有袜子。
算法
我的建议是：
把袜子堆里的袜子都铺在地板上。通过看地板上的袜子找到一双。从2开始重复，直到无法配对。从1开始重复，直到地板上没有袜子。
操作4是必要的，因为当将袜子铺在地板上时，一些袜子可能会隐藏其他袜子。算法分析如下：
分析
该算法以高概率终止。这是由于在第二步中找不到袜子。
对于以下对n双袜子配对的运行时分析，我们假设在步骤1之后，至少有一半的2n双袜子没有隐藏。所以在平均情况下，我们可以找到n/2对。这意味着步骤4的循环执行了O（logn）次。步骤2执行O（n^2）次。因此，我们可以得出结论：
该算法涉及O（lnn+n）环境修改（步骤1 O（lnn）加上从地板上挑选每双袜子）该算法涉及步骤2中的O（n^2）个环境读数该算法包括O（n^2）个逻辑和算术运算，用于在步骤2中比较袜子和另一袜子
因此，我们的总运行时复杂度为O（r*n^2+w*（lnn+n）），其中r和w分别是合理数量袜子的环境读取和环境写入操作的因素。省略了逻辑运算和算术运算的成本，因为我们假设需要恒定数量的逻辑运算和算数运算来决定2只袜子是否属于同一对。这可能在每种情况下都不可行。
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）
