o运行时复杂性分析器的最佳方法是什么?

xxhby3vn  于 2021-07-06  发布在  Java
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我试图创建一个类,该类接收包含伪代码的字符串输入,并计算其“最坏情况下的运行时复杂性”。我将使用regex来分割每一行,分析最坏的情况,并将每一行的复杂性(基于big-o规则)相加,以给出最终的最坏情况运行时。编写的伪代码将遵循声明、初始化和数据结构操作的一些规则。这是我能控制的。我应该如何考虑迭代和递归分析的规则来设计一个类?如果您在c++或java方面有任何帮助,我们将不胜感激。提前谢谢。

class PseudocodeAnalyzer
{
  public: 
  string inputCode;
  string performIterativeAnalysis(string line);
  string performRecursiveAnalysis(string line);
  string analyzeTotalComplexity(string inputCode);
}
An example for iterative algorithm: Check if number in a grid is Odd:
1. Array A = Array[N][N] 
2. for i in 1 to N
3.   for j in 1 to N
4.    if A[i][j] % 2 == 0
5.      return false
6.    endif
7.   endloop
8. endloop
Worst-case Time-Complexity: O(n*n)
m2xkgtsf

m2xkgtsf1#

@rzwitserloot和链接中给出的答案是正确的。我只想补充一点,计算一个近似值,既可以解决停顿问题,也可以解决一段代码(用图灵完备语言编写)的时间复杂度问题(将其与算术和其他二阶逻辑的自动定理证明器进行比较,后者是不可判定的!)一个工具如果低估了复杂性问题,那么对于某些输入输出正确的时间复杂性,而对于其他输入输出“不知道”。
事实上,整个广泛的代码分析器领域,通常内置在我们每天使用的ide中,更多的时候是在不可计算的近似决策问题下,例如可达性、可空性或值分析。
如果您真的想编写这样一个工具:基本思想是识别启发式,即已知解决方案的常见模式,例如只有非常基本的算术运算操作索引的嵌套for循环的各种模式,或者可以直接发现递归关系的简单递归函数。这其实并不难(尽管绝对不容易!)写一个工具,可以解决大部分玩具问题(比如你贴的问题),这些问题作为家庭作业交给学生,通常作为问题贴在这里,因为它们遵循的模式很少。
如果您希望超越简单的启发式,那么更强大的代码分析器背后的主要理论概念是抽象解释。应用于您的用例,这意味着开发一个在您的语言中的代码构造到另一种语言(或同一种语言中更简单的代码构造)中的代码构造之间的Map,从而更容易计算时间复杂度。这种Map必须符合某些约束条件,特别是Map的构造与原始代码具有相同或更差的时间复杂度。实际上,将一段代码Map到递归关系就是一个抽象解释的例子。用类似“o(1)”的东西替换一行代码也是如此。所以,我们的任务就是在分析代码的时间复杂性时,将我们头脑中的一些事情形式化。

iovurdzv

iovurdzv2#

这个概念:“我想写一个程序,分析伪代码,以便打印出它所描述的算法的复杂性”在数学上是不可能的!
让我试着解释一下为什么会这样,或者你是如何绕过你不能写这个的必然性的。
您的伪代码具有某些功能。你称之为伪代码,但考虑到你现在正试图解析它,它仍然是一种“真正的”语言,术语有真正的含义。这种语言能够表达算法。
那么,它能表达哪些算法呢?大概是“全部”。有一个叫做“图灵机器”的概念:你可以证明计算机能做的任何事情,图灵机器也能做。图灵机是非常简单的东西。因此,如果你有一台简单的计算机,你可以用它来模拟一台图灵机,你就可以用它来模拟一台完整的计算机。这就是在基础信息学中,你如何证明某个cpu或系统能够计算其他cpu或系统能够计算的所有东西:用它来计算图灵机器,从而证明你能运行所有的东西。任何可以用来模拟图灵机器的系统都被称为“图灵完备”。
然后我们得到一个非常有趣的东西:如果你的伪代码可以用来表达一台真正的计算机可以做的任何事情,那么你的伪代码可以用来“写”。。。你的伪代码检查器!
假设我们这样做了,把描述伪代码检查器的伪代码粘贴到我们将调用的函数中 pseudocodechecker . 它接受一个包含伪代码的字符串作为参数,并返回一个字符串,例如 O(n^2) .
然后可以用伪代码编写此程序:

1. if pseudocodechecker(this-very-program) == O(n^2)
2.   If True runSomeAlgorithmThatIsO(1)
3.   If False runSomeAlgorithmTahtIsO(n^2)

这是自欺欺人的:我们“编程”了一个悖论。就像“这句话是个谎言”,或者“所有不包含它们自己的集合”。如果是假的那就是真的,如果是真的那就是假的[在此处插入爆炸计算机的gif]。
因此,我们从数学上证明了你想要的东西是不可能的,除非下列其中一个是真的:
答。基于伪代码的检查器不正确。如中所述,它有时会直接给出错误的答案,从而解决了悖论:如果您向程序提供悖论,它就会给出错误的答案。但是这样的应用程序有多有用呢?你知道答案的应用程序可能不正确?
b。你的基于伪代码的检查器是不完整的:你的伪代码语言的官方定义是如此的无能,你甚至不能用它来写一个图灵机器。
最后一个似乎是一个很好的解决方案;但这是相当激烈的。这几乎意味着你的算法只能在恒定范围内循环。例如,在条件为真之前它不能循环。另一个很好的解决方案似乎是:程序能够意识到无法给出答案,然后会报告“没有可用的答案”,但不幸的是,通过更多的工作,您可以证明您仍然可以使用这样的系统来开发悖论。

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