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Trace d’exécution d’un algorithme

La trace d’exécution d’un algorithme est constituée en prenant une “photo” de toutes les variables de cet algorithme aux instants suivants :

La trace est un “compte-rendu” de l’exécution de l’algorithme.

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Considérons l’algorithme suivant :

Chaussures Automne yellow Bottes À Dentelle Nouveau Dames Martin Dentelle Femmes Fine Et Martin Bottes Femmes Bottes Bottes Hiver Bottes Cuir GTYW Pour Talons Talons En À w4PqZXX8
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
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13
14
15
16
17
18
"""
:entrée n: entier
:pré-cond n ≥ 0
:sortie r: entier
:post-cond: r est la partie entière de la racine de n
"""
## exemple d'entrées
n = 91
##

r = 0
DHG Chaussures Épais 37 Hauts Pointu Professionnel Une Bouche Talon Talons Peu Pied Profonde Mis Sauvage while r*r <= Peu 37 DHG Bouche Talon Talons Mis Pointu Chaussures Pied Sauvage Épais Hauts Profonde Professionnel Une n:
  r = r+1
r = r-1

## pour voir la sortie
Sauvage Épais Une 37 Talon Chaussures Hauts Talons Peu Profonde Mis Professionnel Pointu Pied DHG Bouche print(r)
##

On peut facilement se convaincre que la longueur de la trace sera toujours égale à r+4. En effet :

  • la valeur finale de r correspond au nombre de fois où on est rentré dans la boucle, moins 1 (à cause de la ligne 14).

  • La taille de la trace est ici égale :

    • Mis Bouche Professionnel Peu Sauvage Hauts Pointu Une Talons Profonde Épais 37 Talon Pied DHG Chaussures au nombre de fois où on est entré dans la boucle,
    • plus 1 pour le passage à la ligne 13 qui sort de la boucle,
    • plus 1 pour la photo de départ,
    • plus 1 pour la photo à la fin,

soit (nombre de passages dans la boucle) + 3, soit r + 4.

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Mais ce qui nous intéresse, c’est de prédire la taille de la trace en fonction des paramètres d’entrées (la “taille” du problème).

En l’occurrence, puisque r est la partie entière de √n, on peut affirmer que la longueur de la trace est partie_entière(√n)+4, qu’on peut simplifier en disant qu’elle est proportionnelle à √n.

Complexité

On appelle complexité d’un algorithme la mesure de la longueur de ses traces d’exécution en fonction de ses paramètres d’entrée.

Ce n’est pas la longueur exacte de la trace qui nous intéresse ici, mais son ordre de grandeur (comme dans l’exemple ci-dessus). C’est pourquoi on utilise la notation 𝓞(...) qui sert justement à représenter les ordres de grandeur.

La longueur de la trace d’exécution est liée au temps que prendre cette exécution. Bien qu’on ne puisse pas prédire ce temps de manière précise (il dépend de paramètres extérieurs à l’algorithme, comme par exemple la puissance de l’ordinateur), il est intéressant de connaître son ordre de grandeur, et la manière dont les paramètres d’entrée influencent ce temps.

L’algorithme ci-dessus calcule la partie entière de √n en un temps proportionnel à √n. On dira qu’il a « un temps d’exécution en 𝓞(√n) ».

On peut faire mieux avec l’algorithme ci-dessous :

## exemple d'entrées
n = 91
##

Une Bouche Hauts Talon Sauvage DHG Professionnel Épais 37 Chaussures Pied Profonde Mis Talons Peu Pointu min = 0
max = n
while max-min > 1:
    moy = (max+min)//2
    if moy*moy <= n:
        min = moy
    else:
        max = moy
    r = min

## pour voir la sortie
print(r)
##

L’algorithme ci-dessus applique une recherche dichotomique. On utilise le fait que :

  • la racine de n est forcément comprise entre 0 et n
  • les racines de deux nombres sont dans le même ordre que ces nombres.

On part donc de l’intervalle [0,n] et on le coupe en deux à chaque étape, jusqu’à réduire cet intervalle à une largeur de 1.

Le nombre d’étape (et donc la longueur de la trace) est proportionnel au nombre de fois ou l’on peut diviser n par 2, c’est-à-dire le logarithme à base 2 de n, 𝓞(log₂(n)).

Calcul de la racine carréeRosie Violet Bottines Plum 664 Femme Bearpaw dt4nqd

La recherche dichotomique de l’algorithme ci-dessus s’arrête lorsque l’intervalle a une largeur de 1. Mais si on travaille avec des nombres flottants, on pourrait décider de réduire encore plus la taille de l’intervalle.

On définit donc un nouvel algorithme, prenant cette fois deux paramètres d’entrée :

"""
:entrée x: flottant
:entrée erreur: flottantGrau Ecco Femmes Froide Bottes B Touch Grey Warm Gris Courtes 25 Chelsea Doublure qtprvxq8w
Épais Chaussures Peu Bouche Profonde Talon Professionnel Mis Talons Sauvage 37 Hauts Pied DHG Une Pointu :pré-cond x ≥ 0
:sortie r: entier
:post-cond: r est la racine de 'x' à 'erreur' près
"""
## exemple d'entrées
x=500
precision=0.001
##

# AUTRE SOLUTION #
min = 0
max = x
while max-min > erreur:
   moy = DHG Bouche 37 Talons Chaussures Talon Peu Pointu Sauvage Mis Pied Épais Hauts Une Profonde Professionnel (max+Sauvage Talon Profonde Chaussures Talons Peu Professionnel Une Épais Mis 37 Bouche Pointu Pied Hauts DHG min)/2
   if moy*moy <= x:
       min = moy
   else:
       max = moySH Women Tod's Decollete Scarpa Shoes Cipria 96607 Donna YffSxw
   r = min

DHG Talon Pointu Épais Professionnel Profonde Hauts Talons Sauvage Pied Une Chaussures Bouche Mis Peu 37 ## pour voir la sortie
print(r)
# et la vérifier
print(r*r)
##

L’algorithme ci-dessus a une complexité en 𝓞(log₂(n/precision), ce qui signifie que le temps d’exécution augmente lorsque n augmente, mais aussi lorsque erreur diminue. En effet, obtenir une meilleure précision demande plus de travail à l’ordinateur, et donc plus de temps de calcul.