演算法導論5 3 1

2021-09-26 13:39:58 字數 1122 閱讀 2218

演算法導論5.3-1

marceau教授不同意引理5.5證明中使用的迴圈不變式。他對第一次迭代之前迴圈不變式是否為真提出質疑。他的理由是,我們可以很容易宣稱乙個空陣列不包含0排列。因此,乙個空的子陣列包含乙個0排列的概率應是0,從而第一次迭代之前迴圈不變式無效。請重寫過程randomize-in-place,使得相關迴圈不變式適用於第一次迭代之前的非空子陣列,並為你的過程修改引理5.5的證明。

由於需要適應的是第一次迭代之前的非空子陣列,那麼只需要作如下修改

1.將陣列a的第乙個元素的隨機交換單獨列出

2. 迴圈從陣列a的第二個元素開始直至最後

偽**

randomize-in-place(a)

1 n=a.length

2 swap a[1] with a[random(1,n)]

3 for i=2 to n

4 swap a[i] with a[random(i,n)]

引理5.5的證明所需修改的地方是:

1.在3~4行for迴圈的第i次迭代之前,對每個可能的(i-1)排列,子陣列a[1…i-1]包含這個(i-1)排列的概率是(n-i+1)!/(n-1)!

2.初始化:考慮正好在第一次迴圈迭代前的情況,此時i=2。有迴圈不變式可知,對每個可能的1排列,子陣列a[1]包含這個1排列的概率是(n-i+1)!/(n-1)!=(n-2+1)!/(n-1)!=(n-1)!/(n-1)!=1。子陣列a[1]是乙個單元素陣列,並且1排列也就是乙個單元素排列,因此a[1]包含任意1排列的概率就是1。在第一次迴圈迭代之前迴圈不變式成立。

3.保持:與引理5.5的證明類似只需要把(n-i+1)!/n!改為(n-i+1)!/(n-1)!

4.終止:i=n+1,子陣列a[2…n]是乙個給定(n-1)排列的概率為(n-(n+1)+1)!/(n-1)!=1/(n-1)!

明顯地,修改完之後,我們證明出了子陣列a[2…n]是給定n-1排列的概率是1/(n-1)!,再由第二行可知a[1]是給定1排列的概率為1/n,由此將兩部分相乘合併,可以推知a[1…n]是給定n排列的概率是

(1/n)*(1/(n-1)!)=1/n!

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