
- •Понятие алгоритма, его свойства.
- •Возникновение и история развития теории алгоритмов.
- •Основные определения.
- •Сравнительные оценки алгоритмов.
- •Система обозначений в анализе алгоритмов.
- •Классификация алгоритмов по виду функции трудоёмкости.
- •Асимптотический анализ функций.
- •Элементарные операции в языке записи алгоритмов.
- •Трудоемкость алгоритмов и временные оценки.
- •10. Понятия рекурсии и вычислимой функции.
- •Простейшие рекурсивные функции.
- •12. Операция суперпозиции частичных функций.
- •13. Операция примитивной рекурсии частичных функций.
- •14. Операция минимизации арифметических функций.
- •15. Частично рекурсивные функции и тезис Чёрча.
- •16. Понятие алгоритма как абстрактной машины.
- •17. Алгоритмическая машина Поста (определение, команды, принцип работы).
- •18. Алгоритмическая машина Тьюринга (определение, команды, схема функционирования).
- •19. Алгоритмически неразрешимые задачи (примеры).
- •20. Теоретический предел трудоемкости задачи.
- •21. Сложностные классы задач.
- •Класс npc (np – полные задачи)
- •Класс npc (np – полные задачи)
- •Примеры np – полных задач
- •23. Полиномиально проверяемые задачи.
- •24. Анализ алгоритма точного решения задачи о сумме
- •Формулировка задачи и асимптотическая оценка
- •V содержит 1 слагаемое вариантов;
- •V содержит 2 слагаемых вариантов;
- •V содержит 3 слагаемых вариантов;
- •Алгоритм точного решения задачи о сумме (метод перебора)
- •Анализ алгоритма точного решения задачи о сумме
Примеры np – полных задач
1 Задача о выполнимости схемы
Рассмотрим схему из функциональных элементов «и», «или», «не» с n битовыми входами и одним выходом, состоящую не более, чем из O( ) элементов – рис 6.4
Будем понимать под выполняющим набором значений из множества {0,1} на входе схемы, такой набор входов – значения x1,…,xn, при котором на выходе схемы будет значение «1».
Формулировка задачи – существует ли для данной схемы выполняющий набор значений входа. Очевидно, что задача принадлежит классу NP – проверка предъявленного выполняющего набора не сложнее количества функциональных элементов, и следовательно не больше чем O( ).
Это была одна из первых задач, для которой была доказана ее NP полнота, т.е. любая задача из класса NP полиномиально сводима к задаче о выполнимости схемы.
Решение
этой задачи может быть получено перебором
всех
возможных
значений входа с последующей проверкой
на соответствие условию выполняющего
набора. В худшем случае придется проверить
все возможные значения входа, что
приводит к оценке
Для
этой, как и для всех других NP–полных
задач не известен полиномиальный
алгоритм решения.
2 Задача о сумме
Уже рассмотренная задача о сумме также является NP–полной, отметим, что если количество слагаемых фиксировано, то сложность задачи является полиномиальной, так как:
для 2-х слагаемых
для 3-х слагаемых
Однако
в общем случае придется перебирать
различных
вариантов, так как по биномиальной
теореме
,
а при a=b=1, имеем:
3 Задача о клике
Пусть дан граф G = G(V,E), где V – множество из n вершин, а E – множество ребер. Будем понимать под кликой максимальный по количеству вершин полный подграф в графе в G.
Задача состоит в определении клики в заданном графе G
Поскольку
в полном графе на m вершинах имеется
m(m-1)/2 ребер, то проверка, является ли
данный граф полным, имеет сложность O
(
).
Очевидно, что если мы рассматриваем
подграф с m вершинами в графе G с вершинами
(m < n), то всего существует
различных
подграфов. Если в задаче о клике количество
вершин клики фиксировано, то перебирающий
алгоритм имеет полиномиальную сложность:
Однако в общем случае придется проверять все подграфы с количеством вершин m = (2, n) на их полноту и определить максимальное значения m для которого в данном графе G существует полный подграф, что приводит к оценке в худшем случае:
23. Полиномиально проверяемые задачи.
24. Анализ алгоритма точного решения задачи о сумме
Формулировка задачи и асимптотическая оценка
Словесно задача о сумме формулируется как задача нахождения таких чисел из данной совокупности, которые в сумме дают заданное число, классически задача формулируется в терминах целых чисел [6].
В терминах структур данных языка высокого уровня задача формулируется, как задача определения таких элементов исходного массива S из N чисел, которые в сумме дают число V (отметим, что задача относится к классу NPC).
Детальная формулировка: Дано: Массив S[i], i={1, N} и число V. Требуется: определить такие Sj, что Sj=V
Тривиальное решение определяется равенством V=Sum, где Sum= Si , условия существования решения имеют вид:
Min {S[i], i=1,N} =< V =< Sum.
Получим асимптотическую оценку сложности решения данной задачи для алгоритма, использующего прямой перебор всех возможных вариантов. Поскольку исходный массив содержит N чисел, то проверке на равенство V подлежат следующие варианты решений: