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효율적 In-Place Block Rotation 알고리즘과 복잡도 분석
An Efficient In-Place Block Rotation Algorithm and its Complexity Analysis 원문보기

한국지능시스템학회 논문지 = Journal of Korean institute of intelligent systems, v.20 no.3, 2010년, pp.428 - 433  

김복선 (국민대학교 수학과) ,  쿠츠너 아네 (한양대학교 정보시스템학과)

초록
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u와 v를 두 인접수열 (consecutive sequence)이라고 했을 때 이때 "block rotation"이란 uv를 vu로 바꾸는 연산을 의미한다. 기존에 3개의 block rotation 알고리즘 즉 "BlockRotation", "Juggling" 그리고 "Reversal 알고리즘"이 소개되었는데 최근 우리는 하나의 새로운, QuickRotation 이라고 명명한 block rotation 알고리즘을 소개했다. 우리는 이 논문에서 QuickRotation 알고리즘을 이들 기존의 알고리즘들과 비교해 보이고자 한다. 벤치마킹 뿐만 아니라 복잡도 분석을 통한 비교를 통해 QuickRotation 알고리즘의 우수성을 증명해 보이고자 한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The notion "block rotation" denotes the operation of exchanging two consecutive sequences of elements uv to vu. There are three already well-known block rotation algorithms called BlockRotation, Juggling and Reversal algorithm. Recently we presented a novel block rotation algorithm called QuickRotat...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 벤치마킹을 통해 runtime과 관련해 QuickRotation이 기존 모든 알고리즘 보다 더 적은 (가장 적은) 시간을 필요로 함을 보이고자 한다. Juggling 알고리즘은 비록 필요로 하는 assignments 횟수와 관련해 이론적으로 가장 효율적인 알고리즘에 해당하나 실제에 있어서 요구하는 runtime과 관련해 4개의 알고리즘 중 가장 비 효율적인 알고리즘에 해당하는 이례적 사실을 실험결과로 소개한다.
  • 증명. recursion height에 관해 귀납적으로 증명해 보이고자 한다.
  • 또한 벤치마킹을 통해 runtime과 관련해 QuickRotation이 기존 모든 알고리즘 보다 더 적은 (가장 적은) 시간을 필요로 함을 보이고자 한다.
  • 길이 m의 세 수열이 4m에 해당하는 assignments횟수를 소비 하며 순환방식으로 수열의 위치 (position)를 바꿔가는 floating hole기술의 활용을 통해 QuickRotation이 기존의 모든 알고리즘과는 차별화 되는 우수성을 지닐 수 있게 되었다. 이 논문에서 우리는 복잡도 분석을 통해 QuickRotation이 BlockRotation과 Reversal 알고리즘보다 더 적은 assignments 횟수를 요구함을 증명해 보이고자 한다. 또한 벤치마킹을 통해 runtime과 관련해 QuickRotation이 기존 모든 알고리즘 보다 더 적은 (가장 적은) 시간을 필요로 함을 보이고자 한다.
  • Juggling 알고리즘이 가장 적은 횟수의 assignments를 요구하는 사실이 [2]에서 소개 되었다. 이러한 이론적으로 옵티멀한 특성에도 불구하고 Juggling 알고리즘이 실제에 있어서 가장 오랜 runtime을 필요로 하는 알고리즘에 해당함을 다음 단원에 소개 하고자 한다. 이로부터 더 적은 횟수의 assignments 요구가 항상 더 적은 runtime을 요구하지는 않는다는 사실에 대한 하나의 반례로 Juggling 알고리즘을 들 수 있음을 알 수 있다.
  • Reversal 알고리즘이 요구하는 assignments 횟수를 함수  ξ (m,n)로 묘사하고자 하며 [4]에서 이 함수식이 모든 m >0,n >0에 대해  ξ(m,n) =3([(m+n) / 2] + [n/2] +[m/2])이 됨이 소개 되었다. 이제 QuickRotation이 Reversal 알고리즘보다 더 적은 횟수의 assignments를 요구함을 증명하고자 한다.
  • 이제 모든 (m,n),m >0,n >0,m≠n 에 대해 Quick-Rotation이 BlockRotation보다 더 적은 횟수의 assignments를 요구함을 증명하고자 한다.
  • 최근 우리가 추가로 ”floating hole“기술에 기반한 새로운 블록로테이션 알고리즘을 [3]에서 소개했으며 이 알고리즘을 ”QuickRotation“이라 명명하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
블록로테이션이란? 두 수열 u=x1x2…xm과 u=y1y2…yn(n,m≥0)에 대해 uv로부터 vu를 얻고자 하는 기초적인 문제를 “블록로테이션 (block rotation)"이라고 한다. u와 v의 길이가 같을 경우 이 문제의 해를 우리는 ”block swap"이라고 말한다.
지금까지 소개된 로테이션 알고리즘인 “BlockRotation (BlockSwapRotation)", "Juggling" 그리고 ”Reversal 알고리즘“을 각각 설명하면? 지금까지 3개의 block rotation 알고리즘 (이하: 로테이션 알고리즘) 즉 “BlockRotation (BlockSwapRotation)", "Juggling" 그리고 ”Reversal 알고리즘“이 소개되었다. BlockRotation 알고리즘은 재귀적 구조를 띄고 있으며 여러 번에 걸친 block swap의 적용을 통해 문제를 해결한다. 이 알고리즘의 implementation이 C++ Standard Template Library (STL)에 속해 있다. 가장 간단한 구조를 취하고 있는 ”Reversal 알고리즘“은 Trabb Pardo [5]에 의해 소개되었으며 3번에 걸쳐 reversal 을 적용해 uv에서 vu를 얻게 되는 (uv→urv→urvr→(urvr)r=vu)방식을 취한다. ”juggling approach“에 기초한 Juggling 알고리즘은 최대공약수 계산에 의존하며 Dudzinski-Dydek에 의해 최초로 소개 되었다 [2]. 기존의 세 알고리즘에 대한 벤치마킹을 포함한 Pseudocode는 [1]에서 소개되고 있다.
QuickRotation은 어떤 기술에 기반하는가? 기존의 세 알고리즘에 대한 벤치마킹을 포함한 Pseudocode는 [1]에서 소개되고 있다. 최근 우리가 추가로 ”floating hole“기술에 기반한 새로운 블록로테이션 알고리즘을 [3]에서 소개했으며 이 알고리즘을 ”QuickRotation“이라 명명하고자 한다. 
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참고문헌 (6)

  1. J. Bentley. Programming Pearls. Addison-Wesley, Inc, 2nd edition, 2000. 

  2. K. Dudzinski and A. Dydek. “On a stable storage merging algorithm.” Information Processing Letters, 12(1):58, February 1981. 

  3. P. S. Kim and A. Kutzner, “An Improved Algorithmic Solution for the Problem of Block -Rotation.” In 10th International Symposium on Advanced Intelligent Systems, pp. 161-164, Busan, Korea, August 17-19, 2009. 

  4. van Leeuwen, J. “The Complexity of Data Organisation.” Mathematical Centre Tracts 81 (Mathematical Centre, Amsterdam), 1976. 

  5. L. T. Pardo. "Stable sorting and merging with optimal space and time bounds," SIAM Journal on Computing, 6(2), pp. 351-372, 1977. 

  6. T. Cormen, C. Leiserson, R. Rivest and C. Stein, Introduction to Algorithms, MIT Press, 2001. 

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