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

考虑大小为“N”的哈希表。

如果我们假设正态分布,那么至少有一个袜子映射到一个存储桶的估计“插入”数量为NlogN(即,所有存储桶都已满)

我将此作为另一个谜题的一部分,但我很乐意被证明是错误的。这是我的博客文章

让“N”对应于袜子独特颜色/图案数量的近似上限。

一旦发生碰撞(也就是火柴),只需脱掉那双袜子。对下一批NlogN袜子重复相同的实验。它的美妙之处在于,由于人类思维的方式,你可以进行NlogN并行比较(冲突解决)

其他回答

我所做的就是拿起第一只袜子,把它放下(比如,放在洗衣碗的边缘)。然后我拿起另一只袜子,检查它是否与第一只袜子相同。如果是,我会把它们都去掉。如果不是,我把它放在第一只袜子旁边。然后我拿起第三只袜子,将其与前两只袜子进行比较(如果它们还在的话)。等

这种方法可以很容易地在阵列中实现,假设“移除”袜子是一个选项。实际上,你甚至不需要“脱掉”袜子。如果您不需要对袜子进行排序(见下文),那么您只需移动它们,就可以得到一个数组,该数组中所有袜子都成对排列。

假设袜子的唯一操作是比较相等,这个算法基本上仍然是n2算法,尽管我不知道平均情况(从未学会计算)。

当然,分类可以提高效率,尤其是在现实生活中,你可以很容易地将袜子“插入”在另外两个袜子之间。在计算中,树也可以做到这一点,但这是额外的空间。当然,我们又回到了NlogN(或者更多,如果有几只袜子按排序标准是相同的,但不是来自同一双)。

除此之外,我想不出什么,但这种方法在现实生活中似乎非常有效

理论上的限制是O(n),因为你需要触摸每一只袜子(除非有些袜子已经配对)。

你可以用基数排序实现O(n)。你只需要为桶选择一些属性。

首先你可以选择(她的,我的)-把它们分成两堆,然后使用颜色(可以有任何颜色的顺序,例如按颜色名称的字母顺序)-按颜色将它们分成一堆(记住对同一堆中的所有袜子保持步骤1中的初始顺序),然后袜子的长度,然后是纹理,....

如果您可以选择有限数量的属性,但有足够多的属性可以唯一地标识每对属性,则应该使用O(k*n),如果我们可以考虑k是有限的,则使用O(n)。

考虑大小为“N”的哈希表。

如果我们假设正态分布,那么至少有一个袜子映射到一个存储桶的估计“插入”数量为NlogN(即,所有存储桶都已满)

我将此作为另一个谜题的一部分,但我很乐意被证明是错误的。这是我的博客文章

让“N”对应于袜子独特颜色/图案数量的近似上限。

一旦发生碰撞(也就是火柴),只需脱掉那双袜子。对下一批NlogN袜子重复相同的实验。它的美妙之处在于,由于人类思维的方式,你可以进行NlogN并行比较(冲突解决)

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。

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