学习笔记:主定理

众所周知,递归是算法的一个重要表现形式,不仅作用大,而且其复杂度的分析也比其他方式要繁杂。

但是,如果抛开某些很NB,很强大,很邪恶的递归式不谈,如果不能有效的确定普通递归式和一些典型算法递归式的复杂度,那么这个人显然不是合格的Coder。

由于递归式复杂度的难以确定,所以目前常用的方法有这么几种:代换猜测法、递归树法、主定理、直接数学分析法

代换猜测法通常和递归树法合用,利用递归树法得到一个大概正确的结果,然后利用数学归纳法对其验证。

直接的数学分析法相对很直接,很强悍,但是对数学要求很高,尤其是碰到一些BT的表达式

其中,主定理是最常用的方法。

在算法分析中,主定理(master theorem)提供了用渐近符号表示许多由分治法得到的递推关系式的方法。

主定理通常可以解决如下的递归表达式:

T(n)=a*T(n/b)+f(n)

上面的递归式描述的是将规模为n的问题划分为a个子问题,并且每个子问题的规模是n/b,这里a和b是正常数。划分原问题和合并结果的代价有函数f(n)描述。

主定理有三种情况,不同的情况有不同的用法。

一些非正常情况

在某些情况下,存在一些特殊情况,比如明显不满足主定理形式,或经过乍看之下不满足,但是经过变形之后可以应用主定理。

甚至在某些情况下,看上去符合主定理的递归式是无法应用主定理求解的,因为主定理不覆盖所有情况,即递归式不满足上面三条中的任意一条

我们逐一来看看这些特殊情况

这种形式的条件显然不符合主定理的口味,但是我们可以简单的通过递归树加上一点点的数学分析可知,总共有n层,每层都是n的代价,所以总代价应该是O(n2)

n带了根号,乍看之下是无法应用主定理的,但是我们可以通过换元等trick将递归式转化成可以用主定理求解的式子

而对于某些式子,如上面所说,看着似乎可以用MM求解,但是实际上不满足3条中的任何一条,比如下面的:

常见递归算法的复杂度

我们经常碰到的算法中,很多都是基于递归的,比如快速排序、归并排序、二分查找等等,甚至你也可以把求Fibonaci数列的递归算法也算入

而这些递归式都是很容易分析的,分析的过程就留给大家了~

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