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2023-08-20 23:27:50 +08:00
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# 12.1   分治算法
「分治 Divide and Conquer」全称分而治之是一种非常重要且常见的算法策略。分治通常基于递归实现包括“分”和“治”两步
「分治 divide and conquer」全称分而治之是一种非常重要且常见的算法策略。分治通常基于递归实现包括“分”和“治”两步
1. **分(划分阶段)**:递归地将原问题分解为两个或多个子问题,直至到达最小子问题时终止。
2. **治(合并阶段)**:从已知解的最小子问题开始,从底至顶地将子问题的解进行合并,从而构建出原问题的解。
已介绍过的归并排序是分治策略的典型应用之一,它的分治策略为:
我们已学过的归并排序是分治策略的典型应用之一,其算法原理为:
1. **分**:递归地将原数组(原问题)划分为两个子数组(子问题),直到子数组只剩一个元素(最小子问题)。
2. **治**:从底至顶地将有序的子数组(子问题的解)进行合并,从而得到有序的原数组(原问题的解)。
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### 1.   操作数量优化
冒泡排序为例,其处理一个长度为 $n$ 的数组需要 $O(n^2)$ 时间。假设我们把数组从中点分为两个子数组,则划分需要 $O(n)$ 时间,排序每个子数组需要 $O((\frac{n}{2})^2)$ 时间,合并两个子数组需要 $O(n)$ 时间,总体时间复杂度为:
冒泡排序为例,其处理一个长度为 $n$ 的数组需要 $O(n^2)$ 时间。假设我们把数组从中点分为两个子数组,则划分需要 $O(n)$ 时间,排序每个子数组需要 $O((\frac{n}{2})^2)$ 时间,合并两个子数组需要 $O(n)$ 时间,总体时间复杂度为:
$$
O(n + (\frac{n}{2})^2 \times 2 + n) = O(\frac{n^2}{2} + 2n)
@@ -63,9 +63,9 @@ $$
**这意味着当 $n > 4$ 时,划分后的操作数量更少,排序效率应该更高**。请注意,划分后的时间复杂度仍然是平方阶 $O(n^2)$ ,只是复杂度中的常数项变小了。
进一步想,**如果我们把子数组不断地再从中点划分为两个子数组**,直至子数组只剩一个元素时停止划分呢?这种思路实际上就是归并排序,时间复杂度为 $O(n \log n)$ 。
进一步想,**如果我们把子数组不断地再从中点划分为两个子数组**,直至子数组只剩一个元素时停止划分呢?这种思路实际上就是归并排序,时间复杂度为 $O(n \log n)$ 。
再思考,**如果我们多设置几个划分点**,将原数组平均划分为 $k$ 个子数组呢?这种情况与桶排序非常类似,它非常适合排序海量数据,理论上时间复杂度可以达到 $O(n + k)$ 。
再思考,**如果我们多设置几个划分点**,将原数组平均划分为 $k$ 个子数组呢?这种情况与桶排序非常类似,它非常适合排序海量数据,理论上时间复杂度可以达到 $O(n + k)$ 。
### 2.   并行计算优化