Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα

Σχετικά έγγραφα
Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα

Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα

Στην ενότητα αυτή θα µελετηθούν τα εξής θέµατα:

Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα

Στην ενότητα αυτή θα µελετηθούν τα εξής θέµατα:

Δυναμικός Προγραμματισμός

Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα

Ν. Μ. Μισυρλής. Τµήµα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών, Πανεπιστήµιο Αθηνών. Καθηγητής: Ν. Μ. Μισυρλής 29 Μαΐου / 18

Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα

Μοντελοποίηση προβληµάτων

ΠΡΟΣΑΡΤΗΜΑ IΙΙ (III-1.1) όπου x i η τιµή της µέτρησης i και Ν ο αριθµός των µετρήσεων.

υναμικός Προγραμματισμός

Δυναμικός Προγραμματισμός

Αριθµητική Ανάλυση. Ενότητα 5 Προσέγγιση Συναρτήσεων. Ν. Μ. Μισυρλής. Τµήµα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών,

Παρεµβολή και Προσέγγιση Συναρτήσεων

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 11η

Διωνυµικοί Συντελεστές. Αλγόριθµοι & Πολυπλοκότητα (Χειµώνας 2011) Δυναµικός Προγραµµατισµός 1

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΕΛΑΧΙΣΤΑ ΤΕΤΡΑΓΩΝΑ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΚΡΥΠΤΟΛΟΓΙΑ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ #6 ΘΕΟ ΟΥΛΟΣ ΓΑΡΕΦΑΛΑΚΗΣ

Βραχύτερα Μονοπάτια σε Γράφους (CLR, κεφάλαιο 25)

Η ΤΕΧΝΗ ΤΟΥ ΙΑΒΑΣΜΑΤΟΣ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΑΡΙΘΜΩΝ (ΠΑΡΕΜΒΟΛΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ)

υναμικός Προγραμματισμός

Αλγόριθμοι και πολυπλοκότητα Δυναμικός Προγραμματισμός

Δυναμικός Προγραμματισμός

υναμικός Προγραμματισμός

Αδιάσπαστοι, p-κυκλικοί, συνεπώς διατεταγµένοι πίνακες και γραφήµατα

11 Το ολοκλήρωµα Riemann

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές


HY213. ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΕΛΑΧΙΣΤΑ ΤΕΤΡΑΓΩΝΑ AΝΑΛΥΣΗ ΙΔΙΑΖΟΥΣΩΝ ΤΙΜΩΝ

Εξέταση Φεβρουαρίου (2011/12) στο Μάθηµα: Γεωργικός Πειραµατισµός. Ζήτηµα 1 ο (2 µονάδες) Για κάθε λανθασµένη απάντηση δεν λαµβάνεται υπόψη µία σωστή

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. ΠΡΟΛΟΓΟΣ... vii ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... ix ΓΕΝΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... xv. Κεφάλαιο 1 ΓΕΝΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΑΠΟ ΤΗ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ

Μεθοδολογίες παρεµβολής σε DTM.

Στοιχεία Θεωρίας Γραφηµάτων (1)

Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα

Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα

Αλγεβρικες οµες Ι Ασκησεις - Φυλλαδιο 2

Σημειώσεις διαλέξεων: Βελτιστοποίηση πολυδιάστατων συνεχών συναρτήσεων 1 / 20

Κάνοντας ακριβέστερες μετρήσεις με την βοήθεια των Μαθηματικών. Ν. Παναγιωτίδης, Υπεύθυνος ΕΚΦΕ Ν. Ιωαννίνων

Κεφάλαιο 4. Δυναµικός Προγραµµατισµός (Dynamic Programming) Χρησιµοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.

x y max(x))

4.1 Το αόριστο ολοκλήρωµα - Βασικά ολοκληρώ-

ΜΕΜ251 Αριθμητική Ανάλυση

Εισαγωγή. Οπως είδαµε για την εκκίνηση της Simplex χρειαζόµαστε µια Αρχική Βασική Εφικτή Λύση. υϊσµός

Σχεδίαση & Ανάλυση Αλγορίθμων

Μη γράφετε στο πίσω μέρος της σελίδας

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ

Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα

Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα

Αριθµητική Ανάλυση. Ενότητα 6 Αριθµητική Παραγώγιση και Ολοκλήρωση. Ν. Μ. Μισυρλής. Τµήµα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών,

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 11η

ΑΛΓΕΒΡΙΚΕΣ ΟΜΕΣ Ι. Ασκησεις - Φυλλαδιο 2

ΑΛΓΕΒΡΙΚΕΣ ΟΜΕΣ Ι. Ασκησεις - Φυλλαδιο 2

Θεωρία Παιγνίων και Αποφάσεων. Ενότητα 5: Εύρεση σημείων ισορροπίας σε παίγνια μηδενικού αθροίσματος. Ε. Μαρκάκης. Επικ. Καθηγητής

Θεωρία Αποφάσεων και Βελτιστοποίηση

Αντικείμενο του κεφαλαίου είναι: Ανάλυση συσχέτισης μεταξύ δύο μεταβλητών. Εξίσωση παλινδρόμησης. Πρόβλεψη εξέλιξης

Πρόβλημα 1 «Φασίνα» Εύρεση εκτέλεσης εργασιών με τον μικρότερο συνολικό χρόνο

ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΑ ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον

Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά

Μέθοδοι μονοδιάστατης ελαχιστοποίησης

Κατευθυνόµενα γραφήµατα. Στοιχεία Θεωρίας Γραφηµάτων (1) Πολυγραφήµατα (Multigraphs)

Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα

Μέθοδοι πολυδιάστατης ελαχιστοποίησης

Μέθοδοι μονοδιάστατης ελαχιστοποίησης

Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα

Θεωρία Αποφάσεων και Βελτιστοποίηση

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον

Χρήστος Ι. Σχοινάς Αν. Καθηγητής ΔΠΘ. Συμπληρωματικές σημειώσεις για το μάθημα: «Επιχειρησιακή Έρευνα ΙΙ»

Εισαγωγή στους Αλγόριθµους. Αλγόριθµοι. Ιστορικά Στοιχεία. Ο πρώτος Αλγόριθµος. Παραδείγµατα Αλγορίθµων. Τι είναι Αλγόριθµος

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Ασκησεις Επαναληψης

Σχεδίαση και Ανάλυση Αλγορίθμων

Σχεδίαση & Ανάλυση Αλγορίθμων

όπου Η μήτρα ή πίνακας του συστήματος

Αριθµητική Ανάλυση. ιδάσκοντες: Τµήµα Α ( Αρτιοι) : Καθηγητής Ν. Μισυρλής, Τµήµα Β (Περιττοί) : Επίκ. Καθηγητής Φ.Τζαφέρης. 21 εκεµβρίου 2015 ΕΚΠΑ

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ Ι

Ακρότατα υπό συνθήκη και οι πολλαπλασιαστές του Lagrange

Δηλαδή η ρητή συνάρτηση είναι πηλίκο δύο ακέραιων πολυωνύμων. Επομένως, το ζητούμενο ολοκλήρωμα είναι της μορφής

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ. Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 3

ΜΕΜ251 Αριθμητική Ανάλυση

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ( ΘΕΡΙΝΑ )

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Φροντιστήριο 10

A(θ) = n log θ B(x ) = 0. T (x ) = x i. Γ(n)θ n =

Πεπερασμένες Διαφορές.

ΓΕΝΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΣΤΕΡΓΙΟΥΛΑΣ. Μέρος 2ο ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Εισαγωγή στην πληροφορική

Τµήµα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

Αλγεβρικες οµες Ι Ασκησεις - Φυλλαδιο 2

Επίλυση Γραµµικών Συστηµάτων

Αριθµητική Ανάλυση. ιδάσκοντες: Καθηγητής Ν. Μισυρλής, Επίκ. Καθηγητής Φ.Τζαφέρης ΕΚΠΑ. 16 Ιανουαρίου 2015

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ

max c 1 x 1 + c 2 x c n x n υπό a 11 x 1 + a 12 x a 1n x n b 1 a 21 x 1 + a 22 x a 2n x n b 2 a m1 x 1 + a m2 x a mn x n b m

Αριθµητική Ανάλυση. 14 εκεµβρίου Αριθµητική ΑνάλυσηΚεφάλαιο 6. Παρεµβολή 14 εκεµβρίου / 28

Υπολογισµός διπλών ολοκληρωµάτων µε διαδοχική ολοκλήρωση

Πιο συγκεκριμένα, η χρήση του MATLAB προσφέρει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα.

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον

Σειρά: Επεξεργασία Δεδομένων Εκδοση/Ημ.νία: #3.1/ Συγγραφέας: Μίχος Θεόδωρος, Φυσικός

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Μέρος V. Ανάλυση Παλινδρόμηση (Regression Analysis)

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Φροντιστήριο 6

Transcript:

Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα Ν. Μ. Μισυρλής Τµήµα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών, Πανεπιστήµιο Αθηνών Καθηγητής: Ν. Μ. Μισυρλής () Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα 31 Μαΐου 2019 1 / 10

Ελάχιστα τετράγωνα (Least squares) Ελάχιστα τετράγωνα. Θεµελιώδες πρόβληµα της Στατιστικής. εδοµένου ενός συνόλου P µε n σηµεία στο επίπεδο: (x 1, y 1 ), (x 2, y 2 ),..., (x n, y n ) Να ϐρεθεί ευθεία L µε εξίσωση y = ax + b που ελαχιστοποιεί το άθροισµα του τετραγώνου του σφάλµατος: Error(L, P) = n (y i ax i b) 2 i=1 Καθηγητής: Ν. Μ. Μισυρλής () Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα 31 Μαΐου 2019 2 / 10

Ελάχιστα τετράγωνα (Least squares) Ελάχιστα τετράγωνα. Θεµελιώδες πρόβληµα της Στατιστικής. εδοµένου ενός συνόλου P µε n σηµεία στο επίπεδο: (x 1, y 1 ), (x 2, y 2 ),..., (x n, y n ) Να ϐρεθεί ευθεία L µε εξίσωση y = ax + b που ελαχιστοποιεί το άθροισµα του τετραγώνου του σφάλµατος: Error(L, P) = n (y i ax i b) 2 i=1 Λύση. Το ελάχιστο σφάλµα επιτυγχάνεται όταν a = n i x iy i ( i x i)( i y i) n i xi 2 ( i y, b i x i) = i a i x i 2 n Καθηγητής: Ν. Μ. Μισυρλής () Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα 31 Μαΐου 2019 3 / 10

Τµηµατοποιηµένα ελάχιστα τετράγωνα (Segmented least squares) Τµηµατοποιηµένα ελάχιστα τετράγωνα Τα σηµεία ϐρίσκονται κοντά σε µία ακολουθία ευθύγραµµων τµηµάτων. εδοµένων n σηµείων στο επίπεδο: (x 1, y 1 ), (x 2, y 2 ),..., (x n, y n ) µε x 1 < x 2 <... x n, να ϐρεθεί ακολουθία ευθύγραµµων τµηµάτων που ελαχιστοποιεί µια συνάρτηση f(x). Ερώτηση. Ποιά f(x) να επιλέξουµε ώστε να εξασφαλίσουµε ισορροπία µεταξύ ακρίβειας (καλή προσαρµογή) και οικονοµίας (πλήθος τµηµάτων); Καθηγητής: Ν. Μ. Μισυρλής () Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα 31 Μαΐου 2019 4 / 10

Τµηµατοποιηµένα ελάχιστα τετράγωνα (Segmented least squares) εδοµένων n σηµείων στο επίπεδο: (x 1, y 1 ), (x 2, y 2 ),..., (x n, y n ) µε x 1 < x 2 <... x n και µίας σταθεράς C > 0, να ϐρεθεί ακολουθία ευθειών που ελαχιστοποιούν την f(e, L) = E + CL: 1 E = Το άθροισµα των αθροισµάτων των τετραγώνων των σφαλµάτων της ϐέλτιστης ευθείας που διέρχεται από κάθε τµήµα. 2 L = το πλήθος των ευθύγραµµων τµηµάτων στα οποία διαµερίζουµε το σύνολο των σηµείων P. Καθηγητής: Ν. Μ. Μισυρλής () Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα 31 Μαΐου 2019 5 / 10

Σχεδιασµός Αλγορίθµου Στόχος µας είναι η εύρεση µιας διαµέρισης µε min f(e, L) Αύξηση του L σηµαίνει µείωση του E Μείωση του L σηµαίνει αύξηση του E Υπάρχουν εκθετικά πολλές διαµερίσεις του P Θέλουµε να διαµερίσουµε n αντικείµενα Αναλογία µε Πολλαπλασιασµό Αλληλουχίας Πινάκων Συµβολισµοί. p i = (x i, y i ) OPT(j) = ϐέλτιστη λύση για τα σηµεία p 1, p 2,..., p j. e i,j = ελάχιστο σφάλµα για τα σηµεία p i, p i+1,..., p j. Καθηγητής: Ν. Μ. Μισυρλής () Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα 31 Μαΐου 2019 6 / 10

Σχεδιασµός Αλγορίθµου Παρατήρηση Το τελευταίο σηµείο p n ανήκει σε ένα µόνο τµήµα της ϐέλτιστης διαµέρισης και αυτό το τµήµα ξεκινά από κάποιο προγενέστερο σηµείο p i Αν γνωρίζουµε την ταυτότητα του τελευταίου τµήµατος τότε µπορούµε να ανάγουµε το πρόβληµα για τα υπόλοιπα σηµεία p 1, p 2,..., p i 1. Υπολογισµός του OPT(n): Το τελευταίο τµήµα χρησιµοποιεί τα σηµεία p i, p i+1,..., p n. OPT(n) = e i,n + C + OPT(i 1). (ιδιότητα ϐέλτιστης υποδοµής) OPT(n) = { 0 αν n = 0 e i,n + C + OPT(i 1) διαφορετικά Καθηγητής: Ν. Μ. Μισυρλής () Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα 31 Μαΐου 2019 7 / 10

Σχεδιασµός Αλγορίθµου Υπολογισµός του OPT(j): Για το υποπρόβληµα των σηµείων p 1, p 2,..., p j ισχύει 0 αν j = 0 OPT(j) = min {e i,j + C + OPT(i 1)} διαφορετικά 1 i j και το τµήµα p i, p i+1,..., p j χρησιµοποιείται σε µια ϐέλτιστη λύση για το υποπρόβληµα αν και µόνον αν η ελάχιστη τιµή επιτυγχάνεται µε την χρήση του δείκτη i. Καθηγητής: Ν. Μ. Μισυρλής () Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα 31 Μαΐου 2019 8 / 10

Αλγόριθµος τµηµατοποιηµένων ελαχίστων τετραγώνων Segmented-Least-Squares(n, p 1,..., p n, C) 1. for j = 1 to n 2. for i = 1 to j 3. Υπολόγισε το σφάλµα e[i, j] για το τµήµα p i, p i+1,..., p j. 4. 5. M[0] 0 6. for j = 1 to n 7. M[j] 8. for i = 1 to j 9. q {e[i, j] + C + M[i 1]}. 10. if q < M[j] 11. then M[j] = q 12. s[j] = i 13. return M και s. Καθηγητής: Ν. Μ. Μισυρλής () Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα 31 Μαΐου 2019 9 / 10

Ανάλυση τµηµατοποιηµένων ελαχίστων τετραγώνων Θεώρηµα. [Bellman 1961] Ο αλγόριθµος δυναµικού προγραµµατισµού λύνει το πρόβληµα τµηµατοποιηµένων ελαχίστων τετραγώνων σε Ο(n 3 ) χρόνο και Ο(n 2 ) χώρο. Απόδειξη. Σηµείο συµφόρησης είναι ο υπολογισµός του e i,j για Ο(n 2 ) Ϲεύγη. Ο(n) για κάθε Ϲεύγος χρησιµοποιώντας τον τύπο. a = n i x iy i ( i x i)( i y i) n i x 2 i ( i x i) 2, b = i y i a i x i n Συνεπώς η πολυπλοκότητα για τον υπολογισµό των e i,j είναι Ο(n 3 ) Υπολογισµός του M[j] απαιτεί χρόνο O(n) Για j = 1, 2,... n ο συνολικός χρόνος για τον υπολογισµό του M[j] είναι O(n 2 ). Καθηγητής: Ν. Μ. Μισυρλής () Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα 31 Μαΐου 2019 10 / 10