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Ski Rental 问题

Ski rental problem

在未知使用天数下决定继续按日租用还是一次购买。

条目类型
应用

形式陈述

确定阈值

Ski rental 的问题本身只给出未知停止时间下的租/买选择;确定性阈值是第一条基线,随机购买时刻属于后续解法扩展。在竞争分析中,设日租 1、购买价 B、季节长 T。离线最优 OPT(T)=min(T,B)。算法先租 B1 天,若仍继续则第 B 天购买,得到竞争比 21/B

若提前一天买,对手可在买后立即结束;若永不买,长季节比率无界。这个二难给确定性下界图像。

直觉

过早购买会在季节立即结束时浪费买价,过晚购买又会在长季节里累积过多租金。确定阈值把两类最坏损失平衡在购买价附近;随机购买时间则把固定停止日面对的期望比率摊平,但只在对手看不见随机结果时保留优势。

租用、阈值购买与竞争比
例子与边界

随机与边界

随机购买时刻可对 oblivious 对手达到 e/(e1) 量级;若 adaptive 对手观察购买决定后再选择结束,保证会改变。取消、残值、非恒定租金或预测信息都会形成新模型。

买入日的 off-by-one 必须与“当天先租还是先买”约定一致。

离散日与连续时间的随机常数和归一化略有差别。引用竞争比时必须同时标明时间模型、购买发生在当天何时,以及对手能观察哪些随机动作。

确定阈值的逐日成本

约定前 B1 天租,第 B 天若仍滑雪则先买。若 T=B1,ALG=OPT=B1;若 T=B,ALG=2B1、OPT=B;若更长,ALG 不再增加。最坏比率 21/B 正出现在购买当天附近。

任意确定算法等价于某个首次购买日 d(或永不买)。对手若在 d 天结束,使算法既付此前租金又购买;若 d 太晚则让季节很长。平衡两类损失得到阈值约 B,形成接近 2 的下界。

推论与应用

随机购买时间

作为随机化在线算法,连续版本选择购买时间分布,使 survival function 按指数衰减;对每个固定停止时间,期望成本与 OPT 的比率被平衡到 e/(e1)。离散天需要归一化和 off-by-one 修正。每天独立固定概率购买对应几何分布,未必是有限截断模型的最优分布。

保证面对 oblivious 停止时间。若对手观察是否已买再决定当天结束,可专门在购买后停止,随机优势可能消失。

模型变化

有二手残值、购买可取消、每日租金变化或可靠使用期预测时,OPT 与阈值都改变。Prediction-augmented ski rental 会在预测准时改善、预测错时保持鲁棒比;不能仍引用原始 e/(e1) 当完整结论。

参考资料
  • Karlin et al., “Competitive Randomized Algorithms for Nonuniform Problems,” Algorithmica, 1994.
  • Borodin, El-Yaniv, 1998.
关系图谱3 个相邻概念 · 1 类关系

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