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漫谈算法(一)如何证明贪心算法是最优 using exchange argument

如何证明贪心算法?

Keywords: Greedy Algorithm; Exchange Argument

[为什么写这类文章]   漫谈算法(零)序

[这系列文章里会用到的一下符号和公式]   漫谈算法(番外篇) 符号标记以及基本数学公式

这里主要是介绍一种证明贪心算法是最优的一种方法:Exchange Argument (不知道应该怎么翻译到中文,交换参数?感觉听起来挺别扭的,不像是一个方法的名字~o(╯□╰)o)

Exchange Argument的主要的思想也就是 先假设 存在一个最优的算法和我们的贪心算法最接近,然后通过交换两个算法里的一个步骤(或元素),得到一个新的最优的算法,同时这个算法比前一个最优算法更接近于我们的贪心算法,从而得到矛盾,原命题成立。

下面来看一个更为formal的解释:

步骤:

Step0: 给出贪心算法A的描述

Step1: 假设O是和A最相似(假设O和A的前k个步骤都相同,第k+1个开始不同,通常这个临界的元素最重要)的最优算法

Step2: [Key] 修改算法O(用Exchange Argument,交换A和O中的一个元素),得到新的算法O’

Step3: 证明O’ 是feasible的,也就是O’是对的

Step4: 证明O’至少和O一样,即O’也是最优的

Step5: 得到矛盾,因为O’ 比O 更和A 相似。

证毕。

当然上面的步骤还有一个变种,如下:

Step0: 给出贪心算法A的描述

Step1: 假设O是一个最优算法(随便选,arbitrary)

Step2: 找出O和A中的一个不同。(当然这里面的不同可以是一个元素在O不再A,或者是一个pair的顺序在A的和在O的不一样。这个要根据具体题目)

Step3:Exchange这个不同的东西,然后argue现在得到的算法O' 不必O差。

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