Подтвердить что ты не робот

Структура данных для эффективного извлечения ближайшего элемента из набора

tl; dr Как можно эффективно реализовать что-то вроде Mathematica Nearest?

Mathematica имеет функцию Nearest, в которой будет отображаться список "вещей" (они могут быть числами, координатами в n -мерном пространстве, строками и т.д.) и возвратит объект NearestFunction. Этот объект является функцией, которая при применении к x возвращает элемент списка, ближайший к x, с помощью некоторой метрики расстояния. Метрика расстояния может передаваться как параметр Nearest: по умолчанию для численных данных используется эвклидово расстояние и какое-то расстояние редактирования для строк.


Пример (это, надеюсь, сделает вопрос более ясным):

nf = Nearest[{92, 64, 26, 89, 39, 19, 66, 58, 65, 39}];

nf[50] вернет 58, ближайший к 50. nf[50, 2] вернет {58, 39}, два ближайших элемента.


Вопрос:. Каков эффективный способ реализации этой функции? Какая структура данных NearestFunction может использоваться внутри? Какова наилучшая возможная сложность вычисления ближайшего элемента для разных типов данных?

Для простого списка чисел, сортирующих их и выполняющих двоичный поиск, будет работать, но Nearest работает с многомерными данными, а также с произвольной функцией расстояния, поэтому я предполагаю, что он использует что-то более общее. Но я не удивлюсь, если он окажется специализированным для определенных видов функций данных/расстояний.

4b9b3361

Ответ 1

Для оптимальных функций расстояния, для этого оптимизировано множество данных. Для многомерных данных kd tree (и другие деревья двоичного разделения пространства) может дать отличный поиск ближайших соседей, обычно в сублинейное время. Вы также можете посмотреть в деревья метрик, которые являются древовидными структурами, оптимизированными для хранения точек в каком-либо метрическом пространстве таким образом, который поддерживает ближайший сосед поиск. В зависимости от конкретного метрического пространства (эвклидовое расстояние, расстояние редактирования и т.д.) Разные структуры данных могут быть более или менее подходящими.

Для произвольных дистанционных функций, в которых нет никаких ограничений на поведение (даже не такие вещи, как неравенство треугольника, например), лучшее, что вы можете сделать, это линейный поиск, поскольку функция расстояния может быть бесконечной для всех точек за исключением одной конкретной точки в наборе.

Надеюсь, это поможет!