一种有效的袜子配对算法

前提条件

堆里必须至少有一只袜子桌子必须足够大，以容纳N/2袜子（最坏情况），其中N是总数袜子。

算法

Try:

挑选第一只袜子把它放在桌子上选择下一只袜子，然后看看它（可能会把“不再有袜子”扔到袜子堆里）现在扫描桌子上的袜子（如果桌子上没有袜子，则抛出异常）有匹配的吗？a） 是=>从桌子上取下匹配的袜子b） no=>将袜子放在桌子上（可能会抛出“桌子不够大”异常）

除了：

桌子不够大：小心地将所有未配对的袜子混合在一起，然后继续操作//此操作将导致一个新的堆和一个空表桌子上没有袜子：扔（最后一只不受欢迎的袜子）堆里没有袜子：出口洗衣房

最后：

如果袜子堆里还有袜子：转到3

已知问题

如果或周围没有表，算法将进入无限循环桌子上没有足够的地方容纳至少一只袜子。

可能的改进

根据要分拣的袜子数量，吞吐量可能是通过整理桌子上的袜子来增加空间

为了使其工作，需要一个具有唯一每双袜子的价值。这样的属性很容易根据袜子的视觉财产合成。

按所述属性对桌上的袜子进行排序。让我们调用该属性“颜色”。将袜子排成一排，并将深色袜子放在右侧（即push_back（）），左侧（即。.push_front（））

对于大量的袜子，尤其是以前看不见的袜子，属性合成可能需要很长时间，因此吞吐量将明显下降。但是，这些属性可以保存在内存中并重用。

需要进行一些研究来评估这种可能性的效率改善出现以下问题：

上述袜子的最佳搭配数量是多少改善对于给定数量的袜子，之前需要多少次迭代吞吐量增加？a） 用于最后一次迭代b） 对于所有迭代

符合MCVE指南的PoC：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <time.h>

using namespace std;

struct pileOfsocks {
    pileOfsocks(int pairCount = 42) :
        elemCount(pairCount<<1) {
        srand(time(NULL));
        socks.resize(elemCount);

        vector<int> used_colors;
        vector<int> used_indices;

        auto getOne = [](vector<int>& v, int c) {
            int r;
            do {
                r = rand() % c;
            } while (find(v.begin(), v.end(), r) != v.end());
            v.push_back(r);
            return r;
        };

        for (auto i = 0; i < pairCount; i++) {
            auto sock_color = getOne(used_colors, INT_MAX);
            socks[getOne(used_indices, elemCount)] = sock_color;
            socks[getOne(used_indices, elemCount)] = sock_color;
        }
    }

    void show(const string& prompt) {
        cout << prompt << ":" << endl;
        for (auto i = 0; i < socks.size(); i++){
            cout << socks[i] << " ";
        }
        cout << endl;
    }

    void pair() {
        for (auto i = 0; i < socks.size(); i++) {
            std::vector<int>::iterator it = find(unpaired_socks.begin(), unpaired_socks.end(), socks[i]);
            if (it != unpaired_socks.end()) {
                unpaired_socks.erase(it);
                paired_socks.push_back(socks[i]);
                paired_socks.push_back(socks[i]);
            }
            else
                unpaired_socks.push_back(socks[i]);
        }

        socks = paired_socks;
        paired_socks.clear();
    }

private:
    int elemCount;
    vector<int> socks;
    vector<int> unpaired_socks;
    vector<int> paired_socks;
};

int main() {
    pileOfsocks socks;

    socks.show("unpaired socks");
    socks.pair();
    socks.show("paired socks");

    system("pause");
    return 0;
}

案例1：所有袜子都是一样的（顺便说一句，这是我在现实生活中所做的）。

选择其中的任意两个组成一对。恒定时间。

案例2：有固定数量的组合（所有权、颜色、大小、纹理等）。

使用基数排序。这只是线性时间，因为不需要比较。

情况3：组合的数量事先未知（一般情况）。

我们必须进行比较，以检查两只袜子是否成对。选择基于O（n log n）比较的排序算法之一。

然而，在现实生活中，当袜子的数量相对较少（恒定）时，这些理论上的优化算法将无法很好地工作。这可能比顺序搜索花费更多的时间，理论上需要二次时间。

你试图解决错误的问题。

解决方案1：每次你把脏袜子放进洗衣篮时，把它们打个小结。这样你就不用在洗完衣服后做任何分类了。把它想象成在Mongo数据库中注册索引。未来需要做一些工作来节省CPU。

解决方案2：如果是冬天，你不必穿配套的袜子。我们是程序员。没有人需要知道，只要它有效。

解决方案3：分散工作。您希望异步执行如此复杂的CPU进程，而不阻塞UI。把那堆袜子塞进袋子里。只有在你需要的时候才找一双。这样，你的工作量就不那么明显了。

希望这有帮助！

我在攻读计算机科学博士期间经常思考这个问题。我提出了多种解决方案，这取决于区分袜子的能力，从而尽可能快地找到正确的袜子。

假设看袜子和记住它们独特图案的成本可以忽略不计（ε）。那么最好的解决办法就是把所有的袜子都扔到桌子上。这包括以下步骤：

将所有袜子放在一张桌子上（1），并创建一个hashmap｛pattern:position｝（ε）当有剩余袜子时（n/2）：随机挑选一只袜子（1）查找相应袜子的位置（ε）取回袜子（1）并存放

这确实是最快的可能性，并且以n+1＝O（n）复杂度执行。但它假设你完全记得所有的模式。。。在实践中，情况并非如此，我个人的经验是，你有时在第一次尝试时找不到匹配的一对：

把所有袜子扔在桌子上（1）当有剩余袜子时（n/2）：随机挑选一只袜子（1）当未配对时（1/P）：找到具有相似图案的袜子拿袜子，比较两者（1）如果可以，存储配对

这现在取决于我们找到匹配对的能力。如果你的深色/灰色双鞋或白色运动袜经常有非常相似的图案，这一点尤其正确！让我们承认你有概率找到相应的袜子。在找到相应的袜子以形成一双袜子之前，平均需要1/P的尝试。总体复杂度为1+（n/2）*（1+1/P）=O（n）。

两者在袜子数量上都是线性的，并且是非常相似的解决方案。让我们稍微修改一下这个问题，承认你有多双类似的袜子，并且很容易在一次移动中存储多双袜子（1+ε）。对于K个不同的模式，您可以实现：

对于每只袜子（n）：随机挑选一只袜子（1）将其放到其模式的集群中对于每个集群（K）：取簇并储存袜子（1+ε）

总体复杂度变为n+K=O（n）。它仍然是线性的，但选择正确的算法现在可能很大程度上取决于P和K的值！但人们可能会再次反对，因为您可能很难找到（或创建）每只袜子的集群。

此外，你也可以在网站上查找最佳算法，并提出自己的解决方案，从而节省时间：）

两种思路，查找任何匹配项所需的速度，与查找所有匹配项所需要的速度相比，与存储相比。

对于第二种情况，我想指出一个GPU并行版本，它查询所有匹配的袜子。

如果您有多个要匹配的财产，则可以使用分组元组和更高级的zip迭代器以及推力的转换函数，尽管这里是一个基于GPU的简单查询：

//test.cu
#include <thrust/device_vector.h>
#include <thrust/sequence.h>
#include <thrust/copy.h>
#include <thrust/count.h>
#include <thrust/remove.h>
#include <thrust/random.h>
#include <iostream>
#include <iterator>
#include <string>

// Define some types for pseudo code readability
typedef thrust::device_vector<int> GpuList;
typedef GpuList::iterator          GpuListIterator;

template <typename T>
struct ColoredSockQuery : public thrust::unary_function<T,bool>
{
    ColoredSockQuery( int colorToSearch )
    { SockColor = colorToSearch; }

    int SockColor;

    __host__ __device__
    bool operator()(T x)
    {
        return x == SockColor;
    }
};


struct GenerateRandomSockColor
{
    float lowBounds, highBounds;

    __host__ __device__
    GenerateRandomSockColor(int _a= 0, int _b= 1) : lowBounds(_a), highBounds(_b) {};

    __host__ __device__
    int operator()(const unsigned int n) const
    {
        thrust::default_random_engine rng;
        thrust::uniform_real_distribution<float> dist(lowBounds, highBounds);
        rng.discard(n);
        return dist(rng);
    }
};

template <typename GpuListIterator>
void PrintSocks(const std::string& name, GpuListIterator first, GpuListIterator last)
{
    typedef typename std::iterator_traits<GpuListIterator>::value_type T;

    std::cout << name << ": ";
    thrust::copy(first, last, std::ostream_iterator<T>(std::cout, " "));
    std::cout << "\n";
}

int main()
{
    int numberOfSocks = 10000000;
    GpuList socks(numberOfSocks);
    thrust::transform(thrust::make_counting_iterator(0),
                      thrust::make_counting_iterator(numberOfSocks),
                      socks.begin(),
                      GenerateRandomSockColor(0, 200));

    clock_t start = clock();

    GpuList sortedSocks(socks.size());
    GpuListIterator lastSortedSock = thrust::copy_if(socks.begin(),
                                                     socks.end(),
                                                     sortedSocks.begin(),
                                                     ColoredSockQuery<int>(2));
    clock_t stop = clock();

    PrintSocks("Sorted Socks: ", sortedSocks.begin(), lastSortedSock);

    double elapsed = (double)(stop - start) * 1000.0 / CLOCKS_PER_SEC;
    std::cout << "Time elapsed in ms: " << elapsed << "\n";

    return 0;
}

    //nvcc -std=c++11 -o test test.cu

1000万只袜子的运行时间：9毫秒

Defant&Kravitz（1）给出了一种算法，通过将袜子依次放在脚上和脚下来对袜子进行排序。

他们的算法适用于任意数量的英尺。

本文给出了（定理1.1）可使用单脚排序的袜子订单的特征。从他们的定理1.3可以看出，每一个4种颜色的袜子订单最多可以用两只脚进行排序，而有5种颜色的袜订单不可能用两只脚排序。

Colin Defant和Noah Kravitz，袜子足部分类（2022）