[算法设计与分析-从入门到入土] 复杂算法

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复杂算法

时间复杂度层级:
O ( 1 ) < O ( log ⁡ n ) < O ( n ) < O ( n log ⁡ n ) < O ( n 2 ) < O ( n 3 ) < O ( 2 n ) < O ( n ! ) < O ( n n ) O(1) < O(\log n) < O(n) < O(n\log n) < O(n^2) < O(n^3) < O(2^n) < O(n!) < O(n^n) O(1)<O(logn)<O(n)<O(nlogn)<O(n2)<O(n3)<O(2n)<O(n!)<O(nn)
多项式时间 (polynomid time):
O ( 1 ) , O ( log ⁡ n ) , O ( n ) , O ( n log ⁡ n ) , O ( n 2 ) , O ( n 3 ) O(1),O(\log n),O(n),O(n\log n),O(n^2),O(n^3) O(1),O(logn),O(n),O(nlogn),O(n2),O(n3)

  • P问题(Polynomial Problem) :能在「多项式时间内直接解决 」的问题
    (比如数组遍历、简单排序)
  • NP问题(Nondeterministic Polynomial Problem) :无法保证在多项式时间内解决,但能在「多项式时间内验证一个候选解 的正确性」的问题
    (比如"旅行商问题的某个路径是否符合要求")

千禧难题: P vs NP
能在多项式时间内验证解的问题(NP),是否必然能在多项式时间内解决(即 P = NP)?

  1. 主流观点:多数科学家相信 P ≠ NP(即存在多项式时间可验证但无法多项式时间解决的问题),但目前尚未有严格证明
  2. 重要影响:若 P = NP 被证明,现行多数加密体系(如RSA加密)将彻底失效------因为这些加密的核心依赖"大整数分解无法在多项式时间内完成",一旦该问题可多项式时间解决,加密信息可被快速破解

NP完全问题(NP-complete, NPC):

  • 自身是NP问题
  • 所有其他NP问题都能在多项式时间内"归约"到它

NP难问题(NP-hard):

  • 自身不一定是NP问题(可能无法在多项式时间内验证解)
  • 所有其他NP问题都能在多项式时间内"归约"到它

难度: NP难问题 ≥ NP完全问题

应对复杂问题

  • 回溯法 (Backtracking) / 分支界限法 (Branch and Bound)
    -> 正确解
  • 随机算法 (Randomized Algorithms)
    -> 有可能得到的是近似解
  • 近似算法 (Approximation Algorithms)
    -> 近似解

精确度越来越低, 求解速度越来越快

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