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@Jerusalem 2015-11-09T23:27:20.000000Z 字数 2387 阅读 8507

在这里,我们给出势函数(potential function)的定义,并展示如何通过势函数给出Splay操作的均摊时间复杂度的一个上界,尽管这上界并不是紧的。




势函数Φ定义为数据结构到实数集的一个映射。

在这里,我们假设势函数Φ已经良定义,设T(i)为第i次操作的实际耗时,Φ(i)代表第i次操作结束时系统的势函数值。定义A(i)=T(i)−Φ(i−1)+Φ(i)。

移项,得A(i)+Φ(i−1)+Φ(i)=T(i),即

求和,得∑T(i)=∑A(i)+Φ(n)−Φ(0)

于是,若Φ良定义,我们只需给出∑A(i)与Φ(n)−Φ(0)的一个上界,即可给出∑T(i)的一个上界。




这部分我们显式地给出势函数,定义S(x)代表以x为根的子树,μ(V)=log|V|,μ(x)=log|S(x)|,定义势函数Φ=∑vmu(v)。

显然,Φ(n)−Φ(0)=O(nlogn),于是我们只需要给出∑A(i)的一个上界。

以下我们也将对于点的μ函数记作Φ,这是富有提示性的。




考虑Zig操作Zig。

在这里我们仅仅讨论Zig,所有的推论可以等价地推广到Zag上。我们称x节点Zig后的点为X'。

Zig的T(i)显然是1,而

ΔΦ=Φ(x′)+Φ(y′)−Φ(x)−Φ(y)=Φ(y′)−Φ(x)≤Φ(x′)−Φ(x)

于是A(i)=1+ΔΦ≤1+3[Φ(x′)−Φ(x)]




接下来我们考虑Zig-Zag与Zig-Zig

Zig-Zag

对于一次Zig-Zag,ΔΦ=Φ(x′)+Φ(y′)+Φ(z′)−Φ(x)−Φ(y)−Φ(z)

于是ΔΦ=Φ(y′)+Φ(z′)−Φ(x)−Φ(y)≤Φ(y′)+Φ(z′)−2Φ(x)

我们又有Φ(z′)+Φ(y′)−2Φ(x′)≤−2,这是因为对数函数是凸的。

于是立即推得一次Zig-Zag对应的A有

2+ΔΦ≤2+(−2)−[Φ(z′)+Φ(y′)−2Φ(x′)]+Φ(y′)+Φ(z′)−2Φ(x)成立。

即一次操作对应的A(i)≤2Φ(x′)−2Φ(x)≤3Φ(x′)−3Φ(x)成立。


考虑Zig-Zig

Zig-Zig

对于一次Zig-Zig,ΔΦ=Φ(x′)+Φ(y′)+Φ(z′)−Φ(x)−Φ(y)−Φ(z)。

于是ΔΦ=Φ(y′)+Φ(z′)−Φ(x)−Φ(y)≤Φ(y′)+Φ(z′)−2Φ(x)依然成立。

类似地,就可推得一次操作对应的A(i)≤2Φ(x′)−2Φ(x)≤3Φ(x′)−3Φ(x)成立。




我们已经论述了三种操作的上界,同时注意到,每次操作结束后的x'恰是下次操作的x,于是不考虑Zig/Zag的情况下,我们可以对Zig-Zag和Zig-Zig的操作分别求和,即3[Φ(xSonofroot)−Φ(xbegin)]。

又仅有一次Zig/Zag操作,于是A(i)≤3[Φ(xroot)−Φ(xbegin)]+1=O(logn)

于是显然,m次操作下的∑A(i)=O(mlogn)

那么∑T(i)=O(mlogn+nlogn)




参考文献:

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