Quelle est la «bonne» définition des limites supérieure et inférieure?

19

Soit le pire temps d'exécution d'un problème sur une entrée de taille . Faisons un peu bizarre le problème en fixant pour mais pour $f(n)$ $n$ $f(n) = n^2$ $n=2k$ $f(n) = n$ . $n=2k+1$

Alors, quelle est la limite inférieure du problème? La façon dont je l'ai compris n'est que la borne inférieure de . Mais nous savons que implique qu'il existe une constante , telle que pour tout , , ce qui n'est pas vrai. Il semble donc que l'on ne puisse dire que $f(n)$ $f(n) = \Omega(n^2)$ $k$ $n_0$ $n > n_0$ $f(n) > kn^2$ $f(n) = \Omega(n)$ . Mais généralement, nous appellerons le problème a une limite inférieure de , non? $\Omega(n^2)$
En supposant que , ce qui signifie qu'il existe une constante , telle que pour tout , . Supposons également qu'un problème ait le temps d'exécution . Si nous pouvons réduire ce problème pour tous les nombres premiers à un autre problème (avec la même taille d'entrée), pouvons-nous dire que le temps d'exécution de l'autre problème a une borne inférieure de $g(n) = \Omega(n^2)$ $k$ $n_0$ $n > n_0$ $g(n) > kn^2$ $g(n)$ $n$ ? $\Omega(n^2)$

cc.complexity-theory time-complexity Wei Yu
la source

12

C'est pourquoi les mathématiciens utilisent lim sup et lim inf.

Peter Shor

1

Je pense donc que je comprends la différence. Je pense que les gens du poste comprendront juste Omega comme infiniment souvent. Mais au cas où je voudrais faire une distinction explicite, y a-t-il des notations que je peux utiliser autre que de l'étendre?

Wei Yu

3

@Wei Yu: lim sup et lim inf. Vous dites

pour une constante

si vous voulez dire que

infiniment souvent, et

lim sup \frac{g (n)}{n^{2}} \geq k

$\limsup \frac{g(n)}{n^2} \geq k$

k

$k$

g (n) \geq k n^{2}

$g(n) \geq k n^2$

si vous voulez dire

pour tout

suffisamment grand. Surtout si vous parlez à des mathématiciens.

lim inf \frac{g (n)}{n^{2}} \geq k

$\liminf \frac{g(n)}{n^2} \geq k$

g (n) \geq k n^{2}

$g(n) \geq k n^2$

n

$n$

$\$

Peter Shor

12

@Wei: Pour la plupart des théoriciens de la complexité (voir Lance ci-dessous), votre fonction est θ (n ^ 2); pour la plupart des algorithmistes (voir Knuth ou CLRS), votre fonction est Ο (n ^ 2) et Ω (n). Les deux notations sont presque, mais pas complètement, standard dans leurs sous-communautés; pour aggraver les choses, ces deux sous-communautés se chevauchent fortement! Donc, si la notation que vous utilisez est importante, vous devez dire explicitement quelle notation vous utilisez. (Heureusement, cela compte rarement.)

Jeffε

2

@Jeffe. Je pense que vous devriez poster votre commentaire comme réponse.

chazisop

13

La bonne définition de est qu'il existe certains tels que pour infiniment , . La définition infiniment fréquente des limites inférieures gère vos problèmes et comment nous les utilisons dans la pratique. $f(n)=\Omega(n^2)$ $k>0$ $n$ $f(n)\geq kn^2$

J'ai écrit un article à ce sujet en 2005.

Certains manuels ont cette bonne définition, d'autres non.

Lance Fortnow
la source

14

Knuth n'est pas d'accord avec vous: portal.acm.org/citation.cfm?id=1008329

Jeffε

4

CLRS et Wikipedia sont également en désaccord avec vous. La définition infinie-souvent est une alternative notable, mais semble être moins largement utilisée.

Anonyme

Je pense que ces définitions sont toutes d'accord lorsque l'ensemble des exceptions est la mesure 0.

Carter Tazio Schonwald

2

Le problème des définitions «infiniment souvent» est qu'elles n'excluent généralement pas «infiniment souvent non». Nous avons donc la conséquence horrible qu'avec cette définition,

mais aussi

, où

et

sont censés être des ordres stricts dans un certain sens. Je n'aime vraiment pas ça. Au moins, la suggestion de @ Carter d'exceptions de mesure 0 est un peu moins horrible, tout en permettant un ordre plus fin que celui habituel.

f (n) = Ω (n^{2})

$f(n)=\Omega(n^2)$

f (n) = o (n + 1)

$f(n)=o(n+1)$

Ω

$\Omega$

o

$o$

András Salamon

2

@Jukka: Non, je suis abusant

ici. Comme vous l'indiquez, je dois corriger mon argument pour utiliser

au lieu de

. Permettez - moi de répéter donc l'objection réelle sans utiliser

ou

. Avec "infiniment souvent", on a l'anomalie que

,

, pourtant

. Donc

ne forme même pas de précommande.

o

$o$

O

$O$

o

$o$

o

$o$

O

$O$

n = Ω (f (n))

$n = \Omega(f(n))$

f (n) = Ω (n^{2})

$f(n) = \Omega(n^2)$

n \neq Ω (n^{2})

$n \ne \Omega(n^2)$

Ω

$\Omega$

András Salamon

4

Avec la définition de Knuth , vous ne pouvez affirmer que . Comme vous le constatez, cela n'est pas intuitif et se produit pour les fonctions que Vitányi et Meertens appellent «sauvages». Ils proposent de définir $f(n)\in\Omega(n)$

Ω (f (n)) = {g ∣ \exists δ > 0 : \forall n_{0} > 0 : \exists n > n_{0} : g (n) \geq δ f (n)} .

$\Omega(f(n))=\{ g \mid \exists \delta>0:\forall n_0>0:\exists n>n_0: g(n)\geq \delta f(n)\}\textrm{.}$

(C'est la même chose que la définition de Lance.) Avec cette définition . $f(n)\in\Omega(n^2)$

Marcus Ritt
la source

2

Je ne connais pas le plus utilisé, mais je crois que je connais le plus ancien usage (pour l'informatique de toute façon).

Dans l'article de 1965 de Hartmanis & Stearns "Sur la complexité de calcul des algorithmes", le corollaire 2.1 est:

$U$ $T$ $\inf_{n \rightarrow \infty} \frac{T(n)}{U(n)} \geq 0$ $S_{U} \subseteq S_{T}$

$S_{K}$ $O( K(n) )$ $T(n) \geq n/k$ $k$ $n$ $T(n) \leq T(n+1)$ , mais il ne doit pas nécessairement être constructible dans le temps.

$k = 1$ mais ne respecte pas la deuxième règle.

Corollary 2.2 is the reciproral of the above and uses limit supremum, but still has these requirements. I guess as algorithms got more complex by the years, it is possible that the requirements have been relaxed.

chazisop
la source

2

Je pense que nous devons distinguer deux choses:

une borne inférieure pour une fonction
une borne inférieure pour un problème (algorithme)

Pour les fonctions, lorsque nous fixons un ordre, la définition de limite inférieure / supérieure en découle. Si la relation d'ordre est une majorisation asymptotique (en ignorant les facteurs constants)

F ⪯ g : \exists c, n \forall m > n . F (X) \leq c g (X)

$f \preceq g : \exists c,n \forall m>n. \ f(x) \leq c g(x)$

alors la définition est la définition habituelle de $O$ et $\Omega$ . Les deux sont largement utilisés dans d'autres domaines comme la combinatoire.

But when we talk about a lowerbound for a problem (an algorithm) what we really want to say is that the problem requires certain amount of resources (for running the algorithm solving the problem). Often the complexity classes are parametrized by functions like $\mathbf{Time}(t(n))$ , and we simple say that the problem is lower bounded by a function, but this only works for nice functions (e.g. the running time of the algorithm is monotone, etc.). What we want to say in these cases is that we need $n^2$ running time to solve the problem, i.e. less than $n^2$ running time is not sufficient, which formally becomes Lance's definition that the running time of the algorithm is not in $o(t(n))$ .

Kaveh
la source

Quelle est la «bonne» définition des limites supérieure et inférieure?

Réponses: