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
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）
其他回答
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。
成本：移动袜子->高，查找/搜索袜子排成一排->小
我们想做的是减少移动次数，并用搜索次数进行补偿。此外，我们还可以利用智人的多威胁环境，在解密缓存中保存更多的东西。
X=您的，Y=您的配偶
从所有袜子的A堆开始：
选择两个袜子，将相应的X袜子放在X线上，将Y袜子放在Y线上的下一个可用位置。
直到A为空。
对于每行X和Y
选择行中的第一只袜子，沿着行搜索，直到找到相应的袜子。放入相应的袜子成品线。可选当您搜索线条时，当前正在查看的袜子与之前的袜子相同，请对这些袜子执行步骤2。
可选地，在第一步中，您从该行中拾取两个袜子，而不是两个，因为缓存内存足够大，我们可以快速识别其中一个袜子是否与您正在观察的行上的当前袜子匹配。如果你有幸拥有三只手臂，那么考虑到受试者的记忆足够大，你可以同时解析三只袜子。
直到X和Y都为空。
Done
然而，由于这与选择排序具有相似的复杂性，由于I/O（移动袜子）和搜索（搜索袜子的行）的速度，所花费的时间要少得多。
案例1：所有袜子都是一样的（顺便说一句，这是我在现实生活中所做的）。
选择其中的任意两个组成一对。恒定时间。
案例2：有固定数量的组合（所有权、颜色、大小、纹理等）。
使用基数排序。这只是线性时间，因为不需要比较。
情况3：组合的数量事先未知（一般情况）。
我们必须进行比较，以检查两只袜子是否成对。选择基于O（n log n）比较的排序算法之一。
然而，在现实生活中，当袜子的数量相对较少（恒定）时，这些理论上的优化算法将无法很好地工作。这可能比顺序搜索花费更多的时间，理论上需要二次时间。
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。
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。
