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漸進算法分析的定義

生活 更新时间:2025-04-04 04:34:06
一、讀音及其含義

我們首先來明确一波這幾個符号的讀音和具體的含義:

  • Θ:大Theta,漸進緊界,可類比于等号(=)
  • O:字母大O,漸進上界,可類比于小于等于(<=)
  • Ω:大Omega,漸進下界,可類比于大于等于(>=)
  • o:字母小o,非漸進緊确上界,可類比于小于(<)
  • ω:小omega,非漸進緊确下界,可類比于大于(>)
二、漸進緊界記号:Θ

定義:存在正常數,,使得對于所有的時,有,則f(n)屬于集合,記作。作為代替,我們通常記。

漸進算法分析的定義(算法導論漸進記号Θ)1

f(n) = Θ(g(n))

假設算法A的運行時間表達式為:

假設算法B的運行時間表達式為:

當問題規模足夠大的時候,例如n=100萬,算法的運行時間将主要取決于時間表達式的第一項,其它項的執行時間隻有它的幾十萬分之一,可以忽略不計。第一項的常數系數,随着n的增大,對算法的執行時間也變得不重要了。

所以,算法A的運行時間可以記為:;

算法B的運行時間可以記為:。

可以代入定義進行驗證:(以為例)

此時,我們隻需要取滿足條件的即可,很容易找到,即當時,有,滿足定義。注意,此處的取值不唯一,隻需要找到一組即可。

三、漸進上界記号:O

定義:設f(n)和g(n)是定義域為自然數集N上的函數。若存在正數c和,使得對一切,都有成立,則稱f(n)的漸進上界是g(n),記作。通俗的說n滿足一定條件範圍内,函數f(n)的階不高于函數g(n)。

漸進算法分析的定義(算法導論漸進記号Θ)2

f(n) = O(g(n))

根據符号O的定義,用它評估算法的負載得到的桌子是問題規模充分大事件的一個上界。這個上界的階越低,評估越精确,越有價值。

例如,設,則

即可

即可,顯然,作為上界更為精确,更有價值。

這裡我們似乎就得到了Θ和O之間的關系,沒錯,那就是,我們可以由,可以看到這是一個不可逆的過程,也就是說,隻能由推出,不能逆向推導。

四、漸進下界記号:Ω

定義:設f(n)和g(n)是定義域為自然數集N上的函數。若存在正數c和,使得對一切,都有成立,則稱f(n)的漸進的下界是g(n),記作。通俗的說n滿足一定條件範圍内,函數f(n)的階不低于函數g(n)。

漸進算法分析的定義(算法導論漸進記号Θ)3

f(n) = Ω(g(n))

根據符号Ω的定義,用它評估算法的負載得到的桌子是問題規模充分大事件的一個下界。這個下界的階越高,評估越精确,越有價值。

例如,設,則

f(n) = Ω(n),取c=1,n_0=1即可

f(n) = Omega(n^2),取c=1,n_0=1即可

f(n) =Omega(n^3),取c=1,n_0=1即可,顯然,O(n^3)作為上界更為精确。

這裡我們似乎就得到了Θ和Ω之間的關系,沒錯,那就是,我們可以由,可以看到這是一個不可逆的過程,也就是說,隻能由推出,不能逆向推導。

定理:當且僅當有f(n) = Ω(g(n))且f(n) = O(g(n)),可以推出f(n) = Θ(g(n))。

這就給我們一個1思路,我們直接求Θ,直接找可能會很困難,此時我們可以通過求漸進上界,漸進下界來确定漸進緊界。

五、非漸進緊确上界:o

定義1:定義1:設f(n) 和g(n) 是定義域為自然數集N上的函數。若對于任意正數c,都存在,使得對一切,都有成立,則稱f(n)的漸進非緊确上界是g(n),記作。通俗的說n滿足一定條件範圍内,函數f(n)的階低于函數g(n)。

定義2:設f(n)和g(n)是定義域為自然數集合的函數。如果 ,那麼。通俗理解為f(n)低于g(n)的階。

注意:這裡定義中的c不再是存在量詞而是全稱量詞,并且f(n)取不到cg(n)

六、非漸進緊确下界:ω

定義1:定義1:設f(n) 和g(n) 是定義域為自然數集N上的函數。若對于任意正數c,都存在,使得對一切,都有成立,則稱f(n)的漸進非緊确下界是g(n),記作。通俗的說n滿足一定條件範圍内,函數f(n)的階高于函數g(n)。

定義2:設f(n)和g(n)是定義域為自然數集合的函數。如果 ,那麼。通俗理解為f(n)高于g(n)的階。

注意:這裡定義中的c不再是存在量詞而是全稱量詞,并且f(n)取不到cg(n)

七、漸進記号之間的關系

記号

含義

通俗理解

Θ

緊确界

=

O

緊确上界

o

非緊的上界

<

Ω

緊确下界

ω

非緊确的下界

>

漸進算法分析的定義(算法導論漸進記号Θ)4

Θ、O、Ω、o、ω關系圖

八、參考資料

1.算法導論 殷建平 譯   機械工業出版社

2.算法設計與分析 屈婉玲  著

3.算法設計與分析 王秋芬  呂聰穎著

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