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。

我提出的解决方案假设所有袜子在细节上都是相同的，除了颜色。如果袜子之间有更多的细节需要延迟，这些细节可以用来定义不同类型的袜子，而不是我的例子中的颜色。。

假设我们有一堆袜子，袜子可以有三种颜色：蓝色、红色或绿色。

然后，我们可以为每种颜色创建一个并行工作程序；它有自己的列表来填充相应的颜色。

At time i:

Blue  read  Pile[i]    : If Blue  then Blue.Count++  ; B=TRUE  ; sync

Red   read  Pile[i+1]  : If Red   then Red.Count++   ; R=TRUE  ; sync

Green read  Pile [i+2] : If Green then Green.Count++ ; G=TRUE  ; sync

同步过程：

Sync i:

i++

If R is TRUE:
    i++
    If G is TRUE:
        i++

这需要初始化：

Init:

If Pile[0] != Blue:
    If      Pile[0] = Red   : Red.Count++
    Else if Pile[0] = Green : Green.Count++

If Pile[1] != Red:
    If Pile[0] = Green : Green.Count++

哪里

Best Case: B, R, G, B, R, G, .., B, R, G

Worst Case: B, B, B, .., B

Time(Worst-Case) = C * n ~ O(n)

Time(Best-Case) = C * (n/k) ~ O(n/k)

n: number of sock pairs
k: number of colors
C: sync overhead

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

每当你拿起袜子时，把它放在一个地方。然后你拿起的下一只袜子，如果它与第一只袜子不匹配，就把它放在第一只袜子旁边。如果是，那就有一对。这样，有多少种组合其实并不重要，而且你挑选的每一只袜子只有两种可能——要么它已经在你的袜子数组中匹配，要么它没有匹配，这意味着你将它添加到数组中的一个位置。

这也意味着你几乎肯定不会把所有袜子都放在阵列中，因为袜子会在搭配时被取下。

这是基于比较的模型中的Omega（n log n）下限。（唯一有效的操作是比较两只袜子。）

假设你知道你的2n只袜子是这样排列的：

p1 p2 p3。。。pn pf（1）pf（2）。。。功率因数（n）

其中f是集合{1,2，…，n}的未知排列。知道这一点不会使问题变得更难。有n个！可能的输出（上半部分和下半部分之间的匹配），这意味着您需要log（n！）=Omega（n log n）比较。这可通过分类获得。

由于您对元素区别性问题的连接感兴趣：证明元素区别性的Omega（n log n）界限比较困难，因为输出是二进制的yes/no。这里，输出必须是匹配的，并且可能输出的数量足以获得一个合适的界限。然而，有一个变量与元素的区别有关。假设你有2n只袜子，想知道它们是否可以唯一配对。您可以通过将（a1，a2，…，an）发送到（a1，a1，a2、a2，…、an，an）来获得ED的缩减。（附带地，通过拓扑结构，ED的硬度证明非常有趣。）

我认为，如果只允许等式测试，那么原始问题应该有一个Omega（n2）边界。我的直觉是：考虑一个测试后添加边的图形，并认为如果图形不密集，则输出不是唯一确定的。

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。