Όρια Αλγόριθμων Ταξινόμησης. Εισαγωγή στην Ανάλυση Αλγορίθμων Μάγια Σατρατζέμη

Σχετικά έγγραφα
ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ

Ταξινόμηση. 1. Ταξινόμηση του Shell. Εισαγωγή στην Ανάλυση Αλγορίθμων Μάγια Σατρατζέμη

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ

Ταξινόμηση. 1. Στατιστικά Διάταξης 2. Στατιστικά σε Μέσο Γραμμικό Χρόνο. Εισαγωγή στην Ανάλυση Αλγορίθμων Μάγια Σατρατζέμη

Αλγόριθμοι Ταξινόμησης Μέρος 4

Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα

Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα Φώτης Ε. Ψωμόπουλος, Περικλής Α. Μήτκας

Διακριτά Μαθηματικά [Rosen, κεφ. 3] Γιάννης Εμίρης Τμήμα Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών, ΕΚΠΑ Οκτώβριος 2018

Κεφάλαιο 5 Ανάλυση Αλγορίθμων

Ταξινόμηση. 1. Ταξινόμηση με Εισαγωγή 2. Ταξινόμηση με Επιλογή. Εισαγωγή στην Ανάλυση Αλγορίθμων Μάγια Σατρατζέμη

Τυχαιοκρατικοί Αλγόριθμοι

5.1. Προσδοκώμενα αποτελέσματα

1η Σειρά Γραπτών Ασκήσεων

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ

5. Απλή Ταξινόμηση. ομές εδομένων. Χρήστος ουλκερίδης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς Σχολή Τεχνολογιών Πληροφορικής και Επικοινωνιών Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

Ε π ι μ έ λ ε ι α Κ Ο Λ Λ Α Σ Α Ν Τ Ω Ν Η Σ

Σχεδίαση και Ανάλυση Αλγορίθμων

Ταξινόμηση κάδου και ταξινόμηση Ρίζας Bucket-Sort και Radix-Sort

APEIROSTIKOS LOGISMOS I

Συνδυαστική Απαρίθμηση

1 Arq thc Majhmatik c Epagwg c

Ταχεία Ταξινόμηση Quick-Sort

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ

ΑΚΟΛΟΥΘΙΕΣ ΣΕΙΡΕΣ. Ορισμός 1. Μια 1 1 (ένα προς ένα) συνάρτηση με πεδίο ορισμού το και πεδίο τιμών ένα υποσύνολο X του, δηλαδή μία 1 1 συνάρτηση

Άσκηση 1 (ανακοινώθηκε στις 20 Μαρτίου 2017, προθεσμία παράδοσης: 24 Απριλίου 2017, 12 τα μεσάνυχτα).

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

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΩΝ ΚΑΙ ΚΟΙΝΩΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΝΕΥΡΩΝΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ

Δομές Δεδομένων και Αλγόριθμοι

Σχεδίαση & Ανάλυση Αλγορίθμων

Κύλινδρος κοιμώμενος εντός κώνου

Δομές Δεδομένων. Ενότητα 13: B-Δέντρα/AVL-Δέντρα. Καθηγήτρια Μαρία Σατρατζέμη. Τμήμα Εφαρμοσμένης Πληροφορικής. Δομές Δεδομένων

Πελάτες φθάνουν στο ταμείο μιας τράπεζας Eνα μόνο ταμείο είναι ανοικτό Κάθε πελάτης παρουσιάζεται με ένα νούμερο - αριθμός προτεραιότητας Όσο ο

Δομές Δεδομένων & Αλγόριθμοι

Graph Algorithms. Παρουσίαση στα πλαίσια του μαθήματος «Παράλληλοι Αλγόριθμοι» Καούρη Γεωργία Μήτσου Βάλια

Διάλεξη 04: Παραδείγματα Ανάλυσης

Μονοτονία - Ακρότατα Αντίστροφη Συνάρτηση

Ταξινόμηση. 1. Ταξινόμηση με Μέτρημα 2. Ταξινόμηση με βάση τη Ρίζα. Εισαγωγή στην Ανάλυση Αλγορίθμων Μάγια Σατρατζέμη

Αλγόριθμοι ταξινόμησης

Αναζήτηση. 1. Σειριακή αναζήτηση 2. Δυαδική Αναζήτηση. Εισαγωγή στην Ανάλυση Αλγορίθμων Μάγια Σατρατζέμη

Ισορροπημένα Δένδρα. για κάθε λειτουργία; Ισορροπημένο δένδρο : Διατηρεί ύψος κάθε εισαγωγή ή διαγραφή

ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ. Δοµές Δεδοµένων

Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα

Ο μαθητής που έχει μελετήσει τo κεφάλαιο αυτό θα πρέπει να είναι σε θέση:

ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΠΡΟΤΥΠΩΝ. ΕΝΟΤΗΤΑ: Γραμμικές Συναρτήσεις Διάκρισης. ΔΙΔΑΣΚΟΝΤΕΣ: Βλάμος Π. Αυλωνίτης Μ. ΙΟΝΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

ΤΥΧΑΙΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ - ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ

ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΟ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ ΒΟΗΘΟΣ: ΒΑΓΓΕΛΗΣ ΔΟΥΡΟΣ

Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Χρήστος Νομικός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 2018 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά

KΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΧΡΗΣΙΜΕΣ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ. { 1,2,3,..., n,...

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ

Union Find, Λεξικό. Δημήτρης Φωτάκης. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά

Ισορροπημένα Δένδρα. για κάθε λειτουργία; Ισορροπημένο δένδρο : Διατηρεί ύψος κάθε εισαγωγή ή διαγραφή

Διακριτά Μαθηματικά. Άγγελος Κιαγιάς. aggelos. Τμήμα Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών. π.

Ταξινόμηση. Σαλτογιάννη Αθανασία

Εισαγωγή στην Ανάλυση Αλγορίθμων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Σημειώσεις Ανάλυσης Ι (ανανεωμένο στις 5 Δεκεμβρίου 2012)

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ

,, δηλαδή στο σημείο αυτό παρουσιάζει τη μέγιστη τιμή της αν α < 0 2α 4α και την ελάχιστη τιμή της αν α > 0. β Στο διάστημα,

Διάλεξη 17: O Αλγόριθμος Ταξινόμησης HeapSort

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

Δομές Δεδομένων και Αλγόριθμοι

Κατανεμημένα Συστήματα Ι

Κεφάλαιο 13 Αντισταθμιστική Ανάλυση

Διάλεξη 04: Παραδείγματα Ανάλυσης Πολυπλοκότητας/Ανάλυση Αναδρομικών Αλγόριθμων

Στοιχεία Αλγορίθµων και Πολυπλοκότητας

f(x) = και στην συνέχεια

ΑΝΑΛΥΣΗ 2. Μ. Παπαδημητράκης.

ΕΠΛ231 Δομές Δεδομένων και Αλγόριθμοι 4. Παραδείγματα Ανάλυσης Πολυπλοκότητας Ανάλυση Αναδρομικών Αλγόριθμων

Ταξινόμηση. 1. Γρήγορη ταξινόμηση 2. Ταξινόμηση με Συγχώνευση. Εισαγωγή στην Ανάλυση Αλγορίθμων Μάγια Σατρατζέμη

ΑΝΑΛΥΣΗ 1 ΔΕΚΑΤΟ ΕΝΑΤΟ ΜΑΘΗΜΑ, Μ. Παπαδημητράκης.

(Γραμμικές) Αναδρομικές Σχέσεις

Αλγόριθμοι Ταξινόμησης Μέρος 2

4 Συνέχεια συνάρτησης

Συνδυαστική Απαρίθμηση

Η ΙΣΧΥΣ ΕΝΟΣ ΕΛΕΓΧΟΥ. (Power of a Test) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 21

11 Το ολοκλήρωµα Riemann

Αλγόριθμοι Ταξινόμησης Μέρος 1

Κατώτερα φράγματα Κατώτερο φράγμα: εκτίμηση της ελάχιστης εργασίας που απαιτείται για την επίλυση ενός προβλήματος. Παραδείγματα: Αριθμός συγκρίσεων π

Ενότητες 3 & 4: Δένδρα, Σύνολα & Λεξικά Ασκήσεις και Λύσεις

Σημειώσεις Μαθηματικών 2

ΑΝΑΛΥΣΗ 2. Μ. Παπαδημητράκης.

Αν ένα πρόβλημα λύνεται από δύο ή περισσότερους αλγόριθμους, ποιος θα είναι ο καλύτερος; Με ποια κριτήρια θα τους συγκρίνουμε;

Διδάσκων: Παναγιώτης Ανδρέου

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Περιεχόμενα. Κεφάλαιο 1 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΩΝ ΣΕ ΜΙΑ ΕΥΘΕΙΑ Οι συντεταγμένες ενός σημείου Απόλυτη τιμή...14

2 η ΕΡΓΑΣΙΑ Παράδοση

Αλγόριθμοι Γραφημάτων

- ΟΡΙΟ - ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ ΕΝΟΤΗΤΑ 3: ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ 1-1 ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ

Μη γράφετε στο πίσω μέρος της σελίδας

A. ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ

Κατακερματισμός (Hashing)

Εισαγωγή ενός νέου στοιχείου. Επιλογή i-οστoύ στοιχείου : Εύρεση στοιχείου με το i-οστό μικρότερο κλειδί

Δομές Δεδομένων (Εργ.) Ακ. Έτος Διδάσκων: Ευάγγελος Σπύρου. Εργαστήριο 10 Δυαδικά Δένδρα Αναζήτησης

A. ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ

Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα

ΜΟΝΟΤΟΝΙΑ ΑΚΡΟΤΑΤΑ- ΣΥΝΟΛΟ ΤΙΜΩΝ ΚΟΙΛΟΤΗΤΑ ΣΗΜΕΙΑ ΚΑΜΠΗΣ. i) Για την εύρεση µονοτονίας µιας συνάρτησης υπολογίζω την f ( x )

Δομές Δεδομένων. Δημήτρης Μιχαήλ. Ταξινόμηση. Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεματικής Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο

Ειδικά θέματα Αλγορίθμων και Δομών Δεδομένων (ΠΛΕ073) Απαντήσεις 1 ου Σετ Ασκήσεων

Transcript:

Όρια Αλγόριθμων Ταξινόμησης Εισαγωγή στην Ανάλυση Αλγορίθμων Μάγια Σατρατζέμη

Όρια Αλγόριθμων Ταξινόμησης Μέχρι στιγμής εξετάσθηκαν μέθοδοι ταξινόμησης µε πολυπλοκότητα της τάξης Θ ) ή Θlog ). Τι εκφράζει η κάθε µία από αυτές τις τάξεις πολυπλοκότητας; Η μέθοδος της ταξινόμησης µε εισαγωγή, της ταξινόμησης µε επιλογή και της ταξινόμησης µε ανταλλαγή bubblesort) είναι οι λεγόμενες ευθείες straight) μέθοδοι πoυ είναι απλές στην κατανόηση, την κωδικοποίηση και την ανάλυση αλλά αποτελούν µία οικογένεια αργών αλγορίθμων ταξινόμησης. Για τις μεθόδους αυτές ισχύει η επόμενη θεώρηση. Δοθέντος ενός πίνακα Α µε διακριτά στοιχεία λέγεται ότι υπάρχει µία αντιστροφή iversio) αν ισχύει A[i] > A[] για κάποια i <. Με απλά λόγια, στην ακολουθία S, 4,, 5, 9 οι αντιστροφές είναι, ), 4, ), 4, 5) και 4, 9).

Πρόταση. Δεδομένου ενός πίνακα που περιέχει µία τυχαία διάταξη µε στοιχεία, το άθροισμα των αποστάσεων που διανύονται από τα στοιχεία κατά την ταξινόμησή τους είναι - )/. Απόδειξη. Αν υποθέσουμε ότι ο πίνακας Α περιέχει µία τυχαία διάταξη των τιμών,,,. Δοθέντος ενός τυχαίου στοιχείου A[], η απόσταση που θα διανύσει είναι A[] -. Επομένως θεωρώντας το σύνολο των στοιχείων ισχύει ότι η μέση τιμή της απόστασης ισούται µε: Συνεπώς η μέση διανυόμενη απόσταση είναι: A ) ) ) i i i i ) ) ) ) A ) 0 Οι όροι εντός του αθροίσματος είναι ίδιοι για συμπληρωματικές τιμές του και ισχύει ) ) A

) ) A ) ) A ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) Επομένως ισχύει 4 Συνεπώς ένας αλγόριθμος ταξινόμησης που μετακινεί τα στοιχεία κατά ένα σταθερό αριθμό θέσεων σε κάθε βήμα απαιτεί Ο ) βήματα.

ρώτημα "Πόσο γρήγορα μπορεί µία μέθοδος να ταξινομήσει έναν πίνακα;" Θα αποδειχθεί ότι όταν µία μέθοδος ταξινόμησης στηρίζεται µόνο σε συγκρίσεις και ανταλλαγές κλειδιών, τότε στη χειρότερη περίπτωση δεν μπορεί να ταξινομήσει σε χρόνο κατώτερο του Ωlog ) H απόδειξη της σχετικής πρότασης θα περιγραφεί με τη διαδικασία της ταξινόμησης µε δένδρο αποφάσεων decisio tree). Ένα μονοπάτι του δένδρου δείχνει µία πιθανή διαδοχή από υπολογισμούς που ο αλγόριθμος πιθανώς να ακολουθήσει. Για παράδειγμα, ας υποτεθεί ότι πρέπει να ταξινομηθούν τρία κλειδιά: τα k, k και k αντίστοιχα. Η σειρά εισόδου των κλειδιών είναι k, k και k που φαίνεται στο δένδρο αποφάσεων ως,, ). Αρχικά συγκρίνονται τα κλειδιά k και k. Αν k < k τότε η σειρά,, ) δεν αλλάζει, αλλιώς γίνεται,, ). 5

Στο επόμενο σχήμα φαίνονται όλα τα πιθανά ενδεχόμενα που μπορούν να συμβούν σε έναν αλγόριθμο ταξινόμησης ανάλογα µε τη σειρά σύγκρισης των κλειδιών στο δένδρο. Από το σχήμα αυτό φαίνεται ότι το δένδρο αποφάσεων είναι ένα δυαδικό δένδρο. Τα φύλλα του δένδρου είναι αριθμημένα από Ι ως VΙ και αποτελούν τα μοναδικά σημεία τερματισμού κάθε αλγορίθμου ταξινόμησης. Το δένδρο αυτό έχει! φύλλα που εξασφαλίζει ότι ο αλγόριθμος βρίσκει πάντοτε τη διάταξη εκείνη που αντιστοιχεί στην ταξινομημένη σειρά.

Πρόταση Κάθε δένδρο αποφάσεων που ταξινομεί διακεκριμένα κλειδιά έχει ύψος τουλάχιστον log!. Απόδειξη Ένα δένδρο αποφάσεων έχει! φύλλα που αντιστοιχούν σε κάθε µία από τις! διατάξεις των κλειδιών. Κάθε δυαδικό δένδρο ύψους h έχει το πολύ h φύλλα Οπότε συνεπάγεται ότι! h. Λογαριθμώντας και τα δύο µέλη της σχέσης η συνάρτηση log είναι μονότονα αύξουσα) προκύπτει: log! log h h 7

Πρόταση Θεώρημα 8. CLRS) Κάθε αλγόριθμος που ταξινομεί κάνοντας µόνο συγκρίσεις έχει στη χειρότερη περίπτωση χρόνο τάξης Ωlog ). Απόδειξη Η εκτέλεση ενός αλγορίθμου διάταξης ισοδυναμεί με την ανίχνευση ενός μονοπατιού από τη ρίζα προς ένα φύλλο ενός δένδρου απόφασης. Αρα ο χειρότερος χρόνος ενός αλγόριθμου αντιστοιχεί στο μέγιστο μήκος μονοπατιού, δηλαδή στο ύψος του ισοδύναμου δένδρου απόφασης Ετσι αν προσδιοριστεί ένα κάτω όριο για τα ύψη των δένδρων αποφάσεων έχει βρεθεί ταυτόχρονα και ένα κάτω φράγμα για τους συγκριτικούς αλγόριθμους ταξινόμησης. Από την προηγούμενη πρόταση προκύπτει ότι κάθε μονοπάτι είναι μήκους log! 8

Απόδειξη i, i logi 0 ) Αντικαθιστώ όπου log i με 0 i, i logi log ) Αντικαθιστώ όπου logi με log log Απόδειξη με κανόνα ορίου) log log) log Άρα Ωlog ) είναι ένα κάτω φράγμα για τη χειρότερη περίπτωση για συγκριτικές ταξινομήσεις. 9