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
作为实际解决方案：
快速制作一堆易于区分的袜子。（用颜色表示）快速整理每一堆，并使用袜子的长度进行比较。作为一个人，你可以很快地决定用哪只袜子进行分区，以避免最坏的情况。（你可以看到多只袜子平行排列，这对你有利！）当垃圾堆达到一个阈值时，停止分类，在该阈值下，您可以立即找到不合适的袜子和短袜
如果你有1000只袜子，有8种颜色，平均分布，你可以在c*n时间内每125只袜子做4堆。以5只袜子为阈值，你可以在6次跑步中对每一堆袜子进行分类。（数2秒把袜子扔到正确的堆上，只需要不到4小时。）
如果你只有60只袜子、3种颜色和2种袜子（你/你妻子的），你可以在1次跑步中对每一堆10只袜子进行分类（同样阈值=5）。（数2秒，需要2分钟）。
最初的桶排序将加快您的进程，因为它在c*n时间内将n个袜子分成k个桶，因此您只需执行c*n*log（k）工作。（不考虑阈值）。所以，你所做的所有关于n*c*（1+log（k））的工作，其中c是把袜子扔在一堆上的时间。
与任何c*x*n+O（1）方法相比，只要log（k）<x-1，该方法将是有利的。
在计算机科学中，这可能很有用：我们有一个n个事物的集合，它们的顺序（长度）和等价关系（额外的信息，例如袜子的颜色）。等价关系允许我们对原始集合进行分区，并且在每个等价类中我们的顺序仍然保持不变。一个事物到它的等价类的映射可以在O（1）中完成，因此只需要O（n）就可以将每个项分配给一个类。现在我们已经使用了额外的信息，可以以任何方式对每个类进行排序。其优点是数据集已经明显更小。
该方法也可以嵌套，如果我们有多个等价关系->使颜色堆积，而不是在纹理上的每个堆积分区内，而不是按长度排序。任何等价关系如果创建一个分区，其中包含2个以上的元素，且大小大致相等，那么与排序相比，排序的速度都会有所提高（前提是我们可以直接将袜子分配给它的堆），并且排序可以在较小的数据集上快速进行。
其他回答
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。
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：）
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）
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。
正如许多作者所指出的，基数排序是一种有效的袜子排序方法。尚未提出的是一种完美的哈希方法。用每双袜子买来的时间来计算真是太麻烦了。在你购买袜子时，只需按顺序给袜子编号，就可以让你在整理袜子时把它们放在自己编号的抽屉里。
最多24双袜子的示例。请注意，较大的袜子隔层消除了将袜子卷在一起的需要，这就是所谓的速度/存储权衡。
