微積分學和演算法分析中的O, o

2021-08-16 11:20:51 字數 2292 閱讀 5682

微積分中有無窮小和有界的概念,對應的符號分別為

o o

, o' role="presentation">oo。

類似的,在演算法分析中也有漸近上/下界、非緊上/下界和緊漸近界的概念,對應的符號分別為o/

ω,o/

ω o/ω

,o/ω

和θ θ

。 既然前兩個符號相同,那麼這些符號有什麼聯絡呢?

根據微積分學中的定義,有界符號

o o

定義為 α(

x)=o

(β(x

))⇔∃

m>0,

s.t.

|α(x

)β(x

)|<

m' role="presentation">α(x

)=o(

β(x)

)⇔∃m

>0,

s.t.

∣∣α(

x)β(

x)∣∣

(x)=

o(β(

x))⇔

∃m>0,

s.t.

|α(x

)β(x

)|<

m無窮小量符號

o o

定義為 α(

x)=o

(β(x

))⇔limx→

x0α(

x)β(

x)=0

' role="presentation">α(x

)=o(

β(x)

)⇔limx→x

0α(x

)β(x

)=0α

(x)=

o(β(

x))⇔

limx→x

0α(x

)β(x

)=0

而在演算法分析中,漸近上下界定義為 o(

g(n)

)=o (g

(n))

=,即g(

n)g (n

)是f(

n)f (n

)的上界 ω(

g(n)

)=ω (g

(n))

=,即g(

n)g (n

)是f(

n)f (n

)的下界 o(

g(n)

)=o (g

(n))

=,即g(

n)g (n

)是f(

n)f (n

)的非緊上界 ω(

g(n)

)=ω (g

(n))

=,即g(

n)g (n

)是f(

n)f (n

)的非緊下界 θ(

g(n)

)=θ (g

(n))

=,即g(

n)g (n

)是f(

n)f (n

)的緊漸近界。聯絡矩陣代數中向量範數等價性(∥⋅

∥1‖ ⋅‖

1和∥⋅

∥2‖ ⋅‖

2等價指 ∃c

1,c2

>0,

s.t.

∀x∈x

,c1∥

x∥1≤

∥x∥2

≤c1∥

x∥2 ∃c1

,c

2>0,

s.t.

∀x∈x

,c1‖

x‖1≤

‖x‖2

≤c1‖

x‖

2)的定義,發現二者很相似。即微積分中的同階無窮大。

從定義上看,微積分中的符號表明了兩個變數之間的一種關係,而演算法分析中的符號表示一種運算,其結果是乙個集合,二者的含義是不同的。但從定義的出發點來看,二者其實是一樣的。

實際上,根據第二種定義,我們可以定義一種等價關係,使得同乙個集合o(

g(n)

) o(g

(n))

裡的元素等價,從而該集合可以被其中的任何乙個元素代表,當然也可以由g(

n)g (n

)代表。於是要證明兩個集合相等,可以直接證明兩個集合中的元素存在一組相等(這裡討論的相等實際上是廣義的等價關係),而不用根據集合相等的定義去證明兩個集合互相包含。

本質上是一樣的。

另外由等價關係(自反、傳遞、對稱)、偏序關係(自反、傳遞、反對稱)和相容關係(自反、對稱)的定義可知,緊漸進界是一種等價關係,而漸近上下界是一種偏序關係,非緊上下界不屬於任何三種中的一種關係。另外,這其中的對偶關係也可以很容易得出來。

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