master theorem 推导

Let a\geq and b > 1 be constants, let f(n) be a function, and let T(n) be defined on the nonnegative integers by the recurrence
T(n) = aT(n/b) + f(n),
where we interpret n/b to mean either \lfloor n/b \rfloor or \lceil n/b \rceil. Then T(n) has the following asymptotic bounds:

  1. If f(n) = O(n^{log_ba-e}) for some constant e > 0, then T(n) = \theta(n^{log_ba}).
  2. If f(n) = \theta (n^{log_ba}), then T(n) = \theta(n^{log_ba}log\,n).
  3. If f(n) = Ω(n^{log_ba+e}) for some constant e > 0, and if af(n/b) \leq cf(n) for some constant c < 1 and all sufficiently large n, then T(n) = \theta(f(n))

首先 如果一共有k+1行 n = bk k = logbn, 一共有logbn +1行

f(n) = \theta(n^{log_ba})的时候,
T(n/b) = aT(n/b^2) + f(n/b)
f(n/b) = cn^{log_ba}/a
af(n/b) = f(n)

于是第二种就说的通了

第一种情况的话
f(n/b) \leq cn^{log_ba-e}/(a-e)
af(n/b) \leq \frac{a}{a-e}n^{log_ba-e} = \frac{a}{a-e}f(n)
所以是一个等比数列 q = \frac{a}{a-e}
f(n)(1+q+q^2 + ... + q^{log_bn}) = f(n)\frac{1-q^{log_bn}}{1-q} = f(n)\frac{q^{log_bn}-1}{q-1} < f(n)\frac{q^{log_bn}}{q-1} = f(n)\frac{n^{log_bq}}{q-1} = f(n)\frac{n^{log_ba-log_b{a-e}}}{q-1} = cn^{log_ba-e}\frac{n^{log_ba-log_b{a-e}}}{q-1} = c\frac{n^{log_ba}}{q-1}
于是第一种也说的通

对于第三种情况
f(n/b) = n^{log_ba+e}/(a+e)
af(n/b) = \frac{a}{a+e}n^{log_ba+e} = \frac{a}{a+e}f(n)
所以是一个等比数列 q = \frac{a}{a+e}
f(n)(1+q+q^2 + ... + q^{log_bn}) = f(n)\frac{1-q^{log_bn}}{1-q} < f(n)\frac{1}{1-q}
第三种情况也说的通,但是我不理解为什么会要特别强调if af(n/b) \leq cf(n) for some constant c < 1,我觉得只要e大于0,这样的c是一定可以找到的

然后再看一下算法课上讲的

  1. T(n) = Θ(n^{log_ba}) when f(n) = O(n^{log_ba-e})

  2. T(n) = Θ(n
    logb a
    log n) when f(n) = Θ(n
    logb a
    )

  3. T(n) = Θ(f(n)) when f(n) = Ω(n
    logb a+�) for some � > 0 and
    af(n/b) < cf(n) for some c < 1 when n sufficiently large

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