算法导论笔记之渐进记号

Posted 2020-08-15 scofscof

渐进记号

Θ(theta)：渐进紧确界。f(n) = Θ(g(n))表示：?c₁>0,c₂>0,n₀>0,s.t.对? n>n₀,0 ≤c₁g(n) ≤ f(n) ≤ c₂g(n)成立。用极限表示为lim_n->∞f(n)/g(n) = c.

O(大欧):渐进上界。 f(n) = O(g(n))表示 ：?c>0,n₀>0,s.t.对? n>n₀,0≤ f(n) ≤ cg(n)成立。

Ω(大omega):渐进下界。f(n) = Ω(g(n))表示 ：?c>0,n₀>0,s.t.对? n>n₀,0≤ cg(n)≤ f(n) 成立。

o(小欧):非渐进紧确上界。 f(n) = o(g(n))表示 ：对?c>0,?n₀>0,s.t.对? n>n₀,0≤ f(n) <cg(n)成立。 f(n) = o(g(n))与 f(n) = O(g(n))的主要区别在于：前者是对任意c>0，0≤ f(n) ≤ cg(n)成立，而后者是对某个c>0,0≤ f(n) <cg(n)成立。也就是说，f(n) = o(g(n))可以表示为，当n->∞时，limf(n)/g(n) = 0.

ω(小omega)：非渐进紧确下界。 f(n) = ω(g(n))表示 ：对?c>0,?n₀>0,s.t.对? n>n₀,0≤ cg(n)<f(n)成立。可用极限表示为：当n->∞时，limf(n)/g(n) = ∞.

 

我们记 f(n) = O(g(n))以指出函数 f(n) 是集合 O(g(n))的成员，即f(n)∈ O(g(n))。注意，f(n) = Θ(g(n))蕴含着f(n) = O(g(n))，也就是说，O(g(n))? Θ(g(n))。同样地，Ω(g(n))? Θ(g(n))。由此可得如下重要定理：

　　对于任意两个函数f(n)和g(n)，我们有f(n) = Θ(g(n)),当且仅当f(n) = O(g(n))且f(n) = Ω(g(n))。

 渐进记号的性质

传递性：

f(n) = Θ(g(n))且g(n) = Θ(h(n)),则 f(n) = Θ(h(n))

f(n) = O(g(n))且g(n) = O(h(n)),则 f(n) = O(h(n))

f(n) = Ω(g(n))且g(n) = Ω(h(n)),则 f(n) = Ω(h(n))

f(n) = o(g(n))且g(n) = o(h(n)),则 f(n) = o(h(n))

f(n) = ω(g(n))且g(n) = ω(h(n)),则 f(n) = ω(h(n))

自反性：

f(n) = Θ(f(n)) 

f(n) = O(f(n)) 

f(n) = Ω(f(n)) 

对称性：

f(n) = Θ(g(n))当且仅当g(n) = Θ(f(n))

转置性:

f(n) = O(g(n))当且仅当g(n) = Ω(f(n))

f(n) = o(g(n))当且仅当g(n) = ω(f(n))

 因为这些性质对渐进记号成立，所以，可以将两个函数f和g的渐进比较与实数a与b之间的比较做一种类比：

f(n) = Θ(g(n))类似于a = b

f(n) = O(g(n))类似于a ≤ b

f(n) = Ω(g(n))类似于a ≥b

f(n) = o(g(n))类似于a <b

f(n) = ω(g(n))类似于a >b

然而，实数的下列性质不能携带到渐进记号：

三分性：对于任意两个实数a和b，下列三种情况恰有一种必须成立：a<b,a>b或a=b。

虽然两个实数可以相互比较，但是不是所有的函数都可以渐进比较。也就是说，对于两个函数f(n)和g(n) 也许f(n) = O(g(n))和f(n) = Ω(g(n))都不成立。例如，我们无法使用渐进记号比较n和n^{1+sin n}