Master theorem
Master theorem (často také Kuchařková věta nebo Mistrovská metoda), což je speciální případ Akra-Bazzi theoremu, poskytuje při analýze složitosti algoritmů kuchařkové řešení asymptotické složitosti pro často používané rekurentní vztahy. Byl popularizován knihou Introduction to Algorithms napsanou Cormenem, Leisersonem, Rivestem a Steinem, kde je uveden a dokázán v sekcích 4.3 a 4.4.
Obecná forma
Master theorem řeší rekurentní vztahy ve tvaru:
Při analýze rekurzivních algoritmů mají konstanty a funkce následující význam:
- je velikost problému.
- je počet podproblémů v rekurzi.
- je velikost každého z podproblémů. Předpokládá se, že podproblémy jsou víceméně stejně velké.
- je cena práce mimo rekurzivní volání, zahrnující rozdělení problému na podproblémy a sloučení výsledků podproblémů.
Je možné zjistit asymptotickou složitost v následujících třech případech:
Případ 1
Obecný tvar
Pokud platí, že pro nějaké
tak:
Příklad
Z výše uvedené rovnice vidíme, že hodnoty jsou:
- , , ,
Nyní musíme zkontrolovat, zda platí:
Po dosazení hodnot dostaneme:
Pokud zvolíme = 1, dostaneme:
Protože rovnost platí, první případ master theoremu lze použít na danou rekurentní rovnost, čímž dostaneme:
Po dosazení hodnot:
Tedy pro daný rekurentní vztah T(n) je v Θ(n³).
(Tento výsledek byl potvrzen přesným řešením rekurentního vztahu, které je , za předpokladu .)
Případ 2
Obecný tvar
Pokud platí:
tak:
Příklad
Z výše uvedené rovnice vidíme, že hodnoty jsou:
- , , , ,
Nyní ověříme, že následující rovnost platí (v tomto případě k=0):
Po dosazení dostaneme:
Protože rovnost platí, druhý případ master theoremu lze aplikovat, čímž dostáváme:
Po dosazení:
Tedy pro daný rekurentní vztah T(n) je v Θ(n log n).
(Tento výsledek byl potvrzen přesným řešením rekurentního vztahu, které je , za předpokladu .)
Případ 3
Obecný tvar
Pokud platí:
- pro nějaké
a také platí:
- pro nějaké a dostatečně velké n
tak:
Příklad
Z výše uvedené rovnice vidíme, že hodnoty jsou:
- , , ,
Nyní ověříme, že následující rovnost platí:
Pokud dosadíme hodnoty a zvolíme = 1, dostaneme:
Protože rovnost platí, ověříme druhou podmínku, konkrétně, že:
Opět dosadíme hodnoty:
Pokud zvolíme , tak platí:
Tedy:
Opět dosadíme hodnoty a dostaneme:
Tedy pro daný rekurentní vztah T(n) je v Θ(n²), což odpovídá f (n) v původním vzorci.
(Tento výsledek byl potvrzen přesným řešením rekurentního vztahu, které je , za předpokladu .)
Nepřípustné rovnice
Následující rovnice nelze vyřešit pomocí master theoremu:[1]
To protože a (2n) není konstanta.
Mezi f(n) a je nepolynomiální rozdíl.
Nelze mít méně, než jeden podproblém (a<1).
f(n) není kladné.
Případ 3, ale porušení regularity.
Reference
- Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest, and Clifford Stein. Introduction to Algorithms, Second Edition. MIT Press and McGraw-Hill, 2001. ISBN 0-262-03293-7. Sekce 4.3 (The master method) a 4.4 (Proof of the master theorem), pp.73–90.
- Michael T. Goodrich and Roberto Tamassia. Algorithm Design: Foundation, Analysis, and Internet Examples. Wiley, 2002. ISBN 0-471-38365-1. Master theorem (včetně verze případu 2 zde zmíněné, která je silnější než ta z CLRS) je na pp. 268–270.
V tomto článku byl použit překlad textu z článku Master theorem na anglické Wikipedii.
- Archivovaná kopie. www.cag.lcs.mit.edu [online]. [cit. 2009-04-24]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2009-02-05.