Эквивалентность между очередями с приоритетами и сортировкой: различия между версиями

'''Буферы обновления''': базовые сегменты отделяются друг от друга ''базовыми разделителями'', из которых O(log n) выбираются в качестве ''верхних разделителей'', так что количество ключей в базовом списке под i-м верхним разделителем <math>s_i</math> (i > 0) составляет <math>\Theta (4^i(log \; n)^2)</math>. Эти разделители располагаются а атомарной куче. По мере изменений базового списка верхние разделители перемещаются по необходимости с тем, чтобы сохранить их экспоненциальное распределение.

С каждым верхним разделителем <math>s_i</math>, i > 1, ассоциированы три буфера: ''входной буфер'', ''буфер сортировки'' и ''буфер слияния'', каждый емкостью в <math>4^i</math> ключа. Верхний разделитель <math>s_i</math> работает по циклу, состоящему из <math>4^i</math> шагов. В начале цикла входной буфер пуст, буфер сортировки содержит не более <math>4^i</math> обновлений, а буфер слияния – отсортированный список из не более чем <math>4^i</math> обновлений. На каждом этапе можно принять обновление во входной буфер, потратить <math>O(4^i) = S(n)</math> времени на буфер сортировки и O(1) времени на слияние отсортированного списка в буфере слияния, в то время как <math>O(4^i)</math> базовых разделителя находятся в интервале <math>[s_{i - 2}, s_{i + 1})</math> (предполагая <math>s_0 = 0, s_{-1} = - \infty)</math>, и сканирование на наличие нового <math>s_i</math> среди них. Данная реализация гарантирует, что все ключи в буферах разделителя <math>s_i</math> находятся в интервале <math>[s_{i - 2}, s_{i + 1})</math>. Таким образом, после <math>4^i</math> таких шагов цикла отсортированный список корректно слит с базовым списком, найдено новое значение <math>s_i</math> и создан новый отсортированный список. Затем буфер сортировки принимает на себя роль буфера слияния, входной буфер становится буфером сортировки, а пустой буфер слияния становится новым входным буфером.

Операция find-min возвращает минимальный элемент базового списка, доступный за время O(1).

Доказательства эквивалентности, приведенные в [15], могут использоваться для перевода известных результатов сортировки в новые результаты для очередей с приоритетами для целых чисел и строк в различных вычислительных моделях (см. раздел. «Основные результаты»). Эти результате также можно рассматривать как новые способы доказательства нижних границ для сортировки посредством очередей с приоритетами.

Новая очередь с приоритетами на RAM-машине, соответствующая приведенным в теореме 1 границам и поддерживающая операцию decrease-key за время O(1), представлена в работе [17]. Это построение сочетает экспоненциальные деревья поиска Андерссона [2] и очереди с приоритетами, упомянутые в теореме 1. Редукция в теореме 1 также использована в [12] для разработки адаптивного алгоритма сортировки целых чисел для пословной RAM-машины. Редукции из очередей с приоритетами, допускающих слияние, к сортировке, представленные в [11], используют редукции из очередей с приоритетами, не допускающих слияния, к сортировке, представленные в [15].

Как упоминалось выше, комбинаторная редукция для машин с указателями, приведенная в теореме 2, является более слабой, чем редукция для пословных RAM-машин. Например, для гипотетического алгоритма сортировки с линейным временем выполнения теорема 1 предлагает очередь с приоритетами с временем обновления O(1), а теорема Theorem – с временем обновления <math>2^{O(log^* \; n)}</math>. Остается открытым вопрос о том, можно ли устранить или уменьшить этот разрыв.