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試圖理解這個動態遞回子集和的時間復雜度

2021-12-07 15:15:17 軟體工程

# Returns true if there exists a subsequence of `A[0…n]` with the given sum
def subsetSum(A, n, k, lookup):
 
    # return true if the sum becomes 0 (subset found)
    if k == 0:
        return True
 
    # base case: no items left, or sum becomes negative
    if n < 0 or k < 0:
        return False
 
    # construct a unique key from dynamic elements of the input
    key = (n, k)
 
    # if the subproblem is seen for the first time, solve it and
    # store its result in a dictionary
    if key not in lookup:
 
        # Case 1. Include the current item `A[n]` in the subset and recur
        # for the remaining items `n-1` with the decreased total `k-A[n]`
        include = subsetSum(A, n - 1, k - A[n], lookup)
 
        # Case 2. Exclude the current item `A[n]` from the subset and recur for
        # the remaining items `n-1`
        exclude = subsetSum(A, n - 1, k, lookup)
 
        # assign true if we get subset by including or excluding the current item
        lookup[key] = include or exclude
 
    # return solution to the current subproblem
    return lookup[key]
 
 
if __name__ == '__main__':
 
    # Input: a set of items and a sum
    A = [7, 3, 2, 5, 8]
    k = 14
 
    # create a dictionary to store solutions to subproblems
    lookup = {}
 
    if subsetSum(A, len(A) - 1, k, lookup):
        print('Subsequence with the given sum exists')
    else:
        print('Subsequence with the given sum does not exist')

據說這個演算法的復雜度是 O(n * sum),但我不明白如何或為什么;有人能幫我嗎?可能是冗長的解釋或遞回關系,什么都好

uj5u.com熱心網友回復:

我能給出的最簡單的解釋是意識到當lookup[(n, k)]有一個值時,它是 True 或 False 并指示A[:n 1]總和的某個子集是否k

想象一個簡單的演算法,它只是逐行填充查找的所有元素。

lookup[(0, i)](對于 0 ≤ itotal)只有兩個元素為真,i = A[0]i = 0,所有其他元素為假。

lookup[(1, i)](為0≤ itotal)如果為真lookup[(0, i)]是真還是i ≥ A[1]lookup[(0, i - A[1])為真。我可以i通過使用A[i]或不使用來達到總和,而且我已經計算了這兩個。

... lookup[(r, i)](0≤ itotal),如果是真的lookup[(r - 1, i)]是真還是i ≥ A[r]lookup[(r - 1, i - A[r])為真。

在此表中這樣填寫,很明顯,我們完全可以填補行查找表0 ≤ row < len(A)中的時間len(A) * total,因為在直線中的每個元素填充。我們的最終答案只是檢查(len(A) - 1, sum)表中是否為True。

您的程式正在做完全相同的事情,但是根據需要計算條目的值lookup

uj5u.com熱心網友回復:

抱歉提交了兩個答案。我想我想出了一個稍微簡單的解釋。

將您的代碼想象成將三行代碼if key not in lookup:放入一個單獨的函式中calculateLookup(A, n, k, lookup)我會打電話到“呼叫費用calculateLookupnk為特定值n,并k要在呼叫花費的總時間calculateLookup(A, n, k, loopup),但不包括任何遞回呼叫calculateLookup

關鍵見解是,如上所定義,呼叫的費用calculateLookup()對于任何nk是O(1)。由于我們在成本中排除了遞回呼叫,并且沒有 for 回圈,因此成本calculateLookup是僅執行一些測驗的成本。

整個演算法做固定的作業量,呼叫calculateLookup,然后做少量的作業。因此,在我們的代碼中花費的時間與詢問我們呼叫多少次相同calculateLookup

現在我們回到之前的答案。由于查找表的原因,每次呼叫 時calculateLookup都會使用不同的 值(n, k)我們也知道,我們檢查的范圍nk每次呼叫之前calculateLookup那么1 ≤ k ≤ sum0 ≤ n ≤ len(A)所以calculateLookup在大多數(len(A) * sum)時候被呼叫


一般來說,對于這些使用記憶/快取的演算法,最簡單的做法是分別計算然后求和:

  1. 假設您需要的所有值都被快取,事情需要多長時間。
  2. 填充快取需要多長時間。

您提出的演算法只是填充lookup快取。它以一種不尋常的順序進行操作,并沒有填充表中的每個條目,但這就是它所做的全部。


代碼會稍微快一點

lookup[key] =  subsetSum(A, n - 1, k - A[n], lookup) or subsetSum(A, n - 1, k, lookup)

在最壞的情況下不會改變代碼的 O(),但可以避免一些不必要的計算。

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/gongcheng/375112.html

標籤:Python 递归 动态的 时间复杂度 子集和

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