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。
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
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）
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。
我的解决方案并不完全符合您的要求，因为它正式需要O（n）“额外”空间。然而，考虑到我的条件，它在我的实际应用中非常有效。因此，我认为这应该很有趣。
与其他任务合并
我的特殊情况是，我不用烘干机，只是把衣服挂在普通的烘干机上。挂布需要O（n）操作（顺便说一句，我在这里总是考虑垃圾箱包装问题），这个问题本质上需要线性的“额外”空间。当我从桶里拿出一只新袜子时，如果这双袜子已经挂好了，我会试着把它挂在旁边。如果是新袜子，我会在旁边留出一些空间。
Oracle机器更好；-）
显然，这需要一些额外的工作来检查是否有匹配的袜子已经挂在某个地方，这将为计算机提供系数约为1/2的解O（n^2）。但在这种情况下，“人为因素”实际上是一种优势——如果匹配的袜子已经挂起，我通常可以很快（几乎为O（1））识别出它（可能涉及到大脑缓存中的一些难以察觉的因素）——将其视为一种有限的“预言机”，如oracle Machine；-）我们人类在某些情况下比数字机器有这些优势；-）
快到O（n）！
因此，将袜子配对的问题与挂布的问题联系起来，我可以免费获得O（n）“额外的空间”，并有一个及时的解决方案，大约O（n），只需要比简单的挂布多一点的工作，即使在非常糟糕的星期一早晨，也可以立即获得一双完整的袜子…；-）
创建一个哈希表，该表将用于不匹配的袜子，使用模式作为哈希。一只一只地重复袜子。如果袜子在哈希表中有图案匹配，请将袜子从表中取出并配对。如果袜子没有火柴，就把它放到桌子上。
