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Fundamentos de la notación Big-O, ¿está relacionada con los derivados?

Lo que más me cuesta es la notación Big-O (estoy usando este libro de Rosen para la clase en la que estoy).

A primera vista, el Big-O me recuerda a los derivados, a la tasa de cambio y a todo lo demás; ¿es éste un pensamiento adecuado? Si $f(n)$ es $O(g(n))$ ¿tendrían los derivados algún efecto sobre esto?

Básicamente, ¿hay algún buen recurso para aprender Big-O por primera vez?

Si entiendo mal este foro y necesito una pregunta específica, entonces:

Demostrar que si $f(n)\le g(n)$ para todos $n$ entonces $f(n) + g(n)$ es $O(g(n))$ . (prefiero entender cómo hacerlo que tener una respuesta a un problema).

EDITAR:

Mi intento de respuesta a mi pregunta específica utilizando l'Hôpital:

$$\lim_{x\to\infty} \frac{f'(x)}{f'(x) + g'(x)} = \lim_{x\to\infty} \frac{1}{g'(x)}.$$

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Un ejemplo de precaución que puede ayudar a intuir algo de Big- $O$ frente a las derivadas. Consideremos una función que une (suavemente) los puntos $$(0,0), (1,1), (3,1), (4,4), (7,4), (8,8), \dots, (2^k, 2^k), (2^{k+1}-1, 2^k), (2^{k+1}, 2^{k+1}) \dots.$$ En otras palabras, la función se mantiene plana durante largos periodos de tiempo, y luego salta para encontrarse con $y=x$ de nuevo. Una función de este tipo satisface $f(x)=O(x)$ pero la derivada de $f$ puede ser arbitrariamente grande (aunque la derivada de $g(x)$ no lo es). En otras palabras, Big- $O$ La anotación sólo dice algo sobre el crecimiento MEDIO, no el crecimiento en todos los lugares.

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Hagen von Eitzen Puntos 171160

El Big-Oh no está completamente determinado por los derivados. Por ejemplo $\sin(x^2)\in O(1)$ pero la derivada $2x\cos(x^2)$ no tiene límites.

La afirmación de que $f(n)\le g(n)$ implica $f(n)\in O(g(n))$ es falso: Considere $g(n)=n$ , $f(n)=-n^2$ . Pero si se sustituye la condición por $|f(n)|\le g(n)$ entonces la afirmación es fácil: Esa es casi la definición de $f(n)\in O(g(n))$ . Y por supuesto trivialmente $g(n)\in O(g(n))$ . Entonces, como los Big-ohs son cerrados bajo adición, también $f(n)+g(n)\in O(g(n)$ .

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Yo subiría el voto si pudiera.

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@Jeff: Seguro que sí :)

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OMA Puntos 131

Esta pregunta (y la primera respuesta) me han resultado útiles: Notación Big-O y asintótica

Por ejemplo, $f(n)$ es $O(g(n))$ . Entonces, $f(n)$ puede divergir (aumentar sin límite). Sin embargo, $(f(n))/(g(n))$ no lo hace, como $g(n)$ es siempre mayor que $f(n)$ más allá de algún número $N.$

Así que, en realidad, tiene más que ver con el límite del cociente de dos funciones que con las derivadas.

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Esto es útil, gracias. He encontrado esto: cs.unm.edu/~saia/362-s08/lec/lec2-2x2.pdf y la regla de l'hopital aparece mucho.

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La regla de @Jeff L'Hôpital es muy unilateral. Si $f'(n)/g'(n)$ converge, entonces le informa del límite original. Sin embargo, en muchos casos, $f'(n)/g'(n)$ no converge, y esto no dice nada sobre el límite original. Por eso la comparación de las derivadas en este entorno general está condenada al fracaso.

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Tsz Chung Ho Puntos 21

La definición de la derivada puede expresarse utilizando la notación asintótica.

Decimos que f tiene una derivada en x si existe M tal que:

$$f(x+\epsilon) = f(x) + M\epsilon + o(\epsilon)$$

Denotamos esta M como f '(x)

(editado según la corrección de Antonio)

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Austin Mohr Puntos 16266

Matemáticas concretas es un buen lugar para empezar con la asintótica y las ideas relacionadas, especialmente si estás en ciencias de la computación (lo que sugieren tus etiquetas).

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Gracias por la referencia. He encontrado un PDF y voy a navegar a través de esto.

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Alex Puntos 11160

Una forma más fácil de ver este tipo de problema es notar que si $f(n) \leq g(n)$ entonces $$ f(n)+g(n) \leq g(n) +g(n)=2g(n)= O(g(n)) $$ De hecho, es fácil demostrar que esta suma es $\Theta(g(n))$

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