• 分治算法的时间复杂度研究


    [大整数乘法]分治算法的时间复杂度研究

    开篇


    最近研究分治算法,对大整数算法(包括加减乘数)、strassen矩阵乘法、合并排序的优化、线性时间选择和最接近点对问题学习了一下。

    这篇文章主要是关于大整数乘法算法复杂度的研究。

    本人菜鸟,本科就读北京一工科院校土建专业,现就读北京所二流985的计算机研究生。

    希望在这里分享和学习,如有错误还请多多指点!

    正文


    一,引入问题

    在某些情况下,我们需要计算很大的整数,它无法在计算机硬件能直接表示的整数范围内进行处理,如果用浮点数则会有精度问题,这就必须用软件的方法来实现大整数的算术运算。

    二,大整数乘法的分治解决方案

    2.1原始低效算法

    我们将n(为方便讨论简化问题,我们假设n是2的幂)十进制整数(二进制也可以)X、Y都分为2段,每段的长度是n/2位。

     

    如果现在直接用递归或分治进行编程,其算法复杂度为: 

    这是在没有进行优化情况下的算法复杂度(注意,此处虽然用了分治思想,但分治并不会降低算法复杂度,反而因其需要使用栈,增加了算法的空间复杂度)

    2.2如何进行优化降低复杂度?

    我们知道,大整数乘法的基本运算是“乘法”运算,我们可以通过减少乘法的次数来降低算法复杂度!

    从公式中可以发现,原来有四个基本乘积项:AC、AD、BC、BD,现在只有三个基本乘积项:(A-B)(C-D)、AC、BD。乘法运算的数量降低了,下面看看其复杂度变化:

    复杂度从n2  降到n1.59

    三,时间复杂度还能优化吗?

    3.1乘法次数由4次降低到3次,还能降低吗?

    …………介个问题……貌似不能降低了,要是you can you up!

    3.2上面讨论中,我们将大整数X、Y都分为2段,每段的长度是n/2位,那分成3段4段会如何?

    3.2.1大整数分3段:

    3.2.2大整数分4段:

    3.2.3大整数分n段:

     

    结论:

    在大整数乘法中,当把大整数分为2段时,算法时间复杂度最低n1.59

    随着段数逐渐增加,算法的时间复杂度也随之增加,当分段增加到n段时,算法时间复杂度退化到n2  

    四,简单介绍一下编程思想(高手此处可以飘过)


     此处以四位整数乘法,分2段为例介绍编程思路(代码网上有此处就介绍了)

    ok,文章结束!

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