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
做一些预处理怎么样？我会在每只袜子上缝上一个标记或身份证号码，这样每双袜子都有相同的标记/身份证号码。这个过程可能在你每次买一双新袜子时都会完成。然后，您可以进行基数排序以获得O（n）总成本。为每个标记/身份证号码找一个位置，只需逐一挑选所有袜子并将它们放在正确的位置。
其他回答
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：）
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。
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。
我已经采取了简单的步骤，将我的努力减少到一个需要O（1）时间的过程中。
通过将我的输入减少到两种袜子中的一种（休闲用的白色袜子，工作用的黑色袜子），我只需要确定手中有哪种袜子。（从技术上讲，由于它们从未一起清洗过，我已将过程缩短到O（0）时间。）
为了找到合适的袜子，需要提前付出一些努力，并购买足够数量的袜子，以消除对现有袜子的需求。因为我在需要黑色袜子之前就已经做了这件事，所以我的努力很小，但里程可能会有所不同。
这种前期工作在非常流行和有效的代码中已经多次出现。示例包括#DEFINE'将圆周率定义为几个小数（其他示例也存在，但这是我现在想到的）。
做一些预处理怎么样？我会在每只袜子上缝上一个标记或身份证号码，这样每双袜子都有相同的标记/身份证号码。这个过程可能在你每次买一双新袜子时都会完成。然后，您可以进行基数排序以获得O（n）总成本。为每个标记/身份证号码找一个位置，只需逐一挑选所有袜子并将它们放在正确的位置。
