[算法导论] 递归式求解的三种方法

       求解递归式,《算法导论》上给出了三种方法,不过对我而言,递归树法和主方法往往更加有效。给出的建议是,先用主方法求解,如果不能使用的情况尝试用递归树求解,如果还不行只有用代入法。代入法作为一种求解+证明的方法需要我们猜测解的形式,比较麻烦。

(一)代换法:

       实质上就是数学归纳法,先对一个小的值做假设,然后推测更大的值得正确性。

       1.猜测解的形式;

       2.用数学归纳法求出解中的常数,并证明解是正确的。

       例子就不举了,算法导论上有许多例子,事实上,这不是首选的方法,因为猜测解的形式非常的难,需要积累许多求解的经验。

(二)递归树方法:

       利用递归树方法求算法复杂度,其实是提供了一个好的猜测,简单而直观。在递归树中,每一个结点表示一个单一问题的代价,子问题对应某次递归函数调用。我们将树中每层中的代价求和,得到每层代价,然后将所有层的代价求和,得到所有层次的递归调用总代价。

       递归树最适合用来生成好的猜测,然后可用代入法来验证猜测是否正确。当使用递归树来生成好的猜测时,常常要忍受一点儿“不精确”,因为关注的是如何寻找解的一个上界。

      举例:《[算法导论] 递归式求解的三种方法》

      根据上式我们建立递归式T(n) = 3T(n / 4) + cn^2,建立下列递归树模型:(参见算法导论)
《[算法导论] 递归式求解的三种方法》

《[算法导论] 递归式求解的三种方法》

《[算法导论] 递归式求解的三种方法》

《[算法导论] 递归式求解的三种方法》

       在递归树中,每一个结点都代表一个子代价,每层的代价是该层所有子代价的总和,总问题的代价就是所有层的代价总和。所以,我们利用递归树求解代价,只要知道每一层的代价和层数即可。

       这些,都需要直观的找出规律,以上图为例,当递归调用到叶子T(1)时所用到的递归次数就是整棵递归树的深度。我们从图中可以得到第i层的结点的代价为n/(4^i),当n/(4^i)=1即i = log4(n)时,递归到达了叶子,故整棵递归树的深度为log4(n)。总代价是所有层代价的总和,T(n)=cn^2+3/16*c*n^2+···结果为O(n^2)。计算过程详见算法导论。用到了一些几何级数相关的知识略微放大上界。

       注意到递归树并非都是这样:每一层的结点都是相同的结构!我们在构造递归树以及计算代价的时候要特别注意。

(三)主方法(首推):

       我们只需要记住主定理的三种情况,并且在满足一定的条件下,就可以速度解出递归式。

       《[算法导论] 递归式求解的三种方法》《[算法导论] 递归式求解的三种方法》
      将余项f(n)与函数《[算法导论] 递归式求解的三种方法》进行比较, 直觉上来说两个函数的较大者决定了递归式的解,如果两个函数相当,则乘上一个对数因子logn。

      需要注意的是主方法并没有覆盖所有可能性,所有的大于和小于都是多项式意义上的大于和小于,对于有些递归式夹在三种情况的间隙中,是无法用主方法来求解的。下面解释一下什么是多项式意义上的小于和大于:

     f(x)多项式大于g(x):存在实数e>0,使得f(x)>g(x)*n^e
     f(x)多项式小于g(x):存在实数e>0,使得f(x)<g(x)*n^e

     PS:能找到这样的e就说明存在啦,下面是在word中敲出来的,如有错误,望来信告知。

     《[算法导论] 递归式求解的三种方法》



    原文作者:递归与分治算法
    原文地址: https://blog.csdn.net/spaceyqy/article/details/38819959
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