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.

  1. Archivovaná kopie. www.cag.lcs.mit.edu [online]. [cit. 2009-04-24]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2009-02-05.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.