\chapter{Complete search} \key{Täydellinen haku} on yleispätevä tapa ratkaista lähes mikä tahansa ohjelmointitehtävä. Ideana on käydä läpi raa'alla voimalla kaikki mahdolliset tehtävän ratkaisut ja tehtävästä riippuen valita paras ratkaisu tai laskea ratkaisuiden yhteismäärä. Täydellinen haku on hyvä menetelmä, jos kaikki ratkaisut ehtii käydä läpi, koska haku on yleensä suoraviivainen toteuttaa ja se antaa varmasti oikean vastauksen. Jos täydellinen haku on liian hidas, seuraavien lukujen ahneet algoritmit tai dynaaminen ohjelmointi voivat soveltua tehtävään. \section{Osajoukkojen läpikäynti} \index{osajoukko@osajoukko} Aloitamme tapauksesta, jossa tehtävän mahdollisia ratkaisuja ovat $n$-alkioisen joukon osajoukot. Tällöin täydellisen haun tulee käydä läpi kaikki joukon osa\-joukot, joita on yhteensä $2^n$ kappaletta. Käymme läpi kaksi menetelmää tällaisen haun toteuttamiseen. \subsubsection{Menetelmä 1} Kätevä tapa käydä läpi kaikki joukon osajoukot on käyttää rekursiota. Seuraava funktio \texttt{haku} muodostaa joukon $\{1,2,\ldots,n\}$ osajoukot. Funktio pitää yllä vektoria \texttt{v}, johon se kokoaa osajoukossa olevat luvut. Osajoukkojen muodostaminen alkaa tekemällä funktiokutsu \texttt{haku(1)}. \begin{lstlisting} void haku(int k) { if (k == n+1) { // käsittele osajoukko v } else { haku(k+1); v.push_back(k); haku(k+1); v.pop_back(); } } \end{lstlisting} Funktion parametri $k$ on luku, joka on ehdolla lisättäväksi osajoukkoon seuraavaksi. Joka kutsulla funktio haarautuu kahteen tapaukseen: joko luku $k$ lisätään tai ei lisätä osajoukkoon. Aina kun $k=n+1$, kaikki luvut on käyty läpi ja yksi osajoukko on muodostettu. Esimerkiksi kun $n=3$, funktiokutsut muodostavat seuraavan kuvan mukaisen puun. Joka kutsussa vasen haara jättää luvun pois osajoukosta ja oikea haara lisää sen osajoukkoon. \begin{center} \begin{tikzpicture}[scale=.45] \begin{scope} \small \node at (0,0) {$\texttt{haku}(1)$}; \node at (-8,-4) {$\texttt{haku}(2)$}; \node at (8,-4) {$\texttt{haku}(2)$}; \path[draw,thick,->] (0,0-0.5) -- (-8,-4+0.5); \path[draw,thick,->] (0,0-0.5) -- (8,-4+0.5); \node at (-12,-8) {$\texttt{haku}(3)$}; \node at (-4,-8) {$\texttt{haku}(3)$}; \node at (4,-8) {$\texttt{haku}(3)$}; \node at (12,-8) {$\texttt{haku}(3)$}; \path[draw,thick,->] (-8,-4-0.5) -- (-12,-8+0.5); \path[draw,thick,->] (-8,-4-0.5) -- (-4,-8+0.5); \path[draw,thick,->] (8,-4-0.5) -- (4,-8+0.5); \path[draw,thick,->] (8,-4-0.5) -- (12,-8+0.5); \node at (-14,-12) {$\texttt{haku}(4)$}; \node at (-10,-12) {$\texttt{haku}(4)$}; \node at (-6,-12) {$\texttt{haku}(4)$}; \node at (-2,-12) {$\texttt{haku}(4)$}; \node at (2,-12) {$\texttt{haku}(4)$}; \node at (6,-12) {$\texttt{haku}(4)$}; \node at (10,-12) {$\texttt{haku}(4)$}; \node at (14,-12) {$\texttt{haku}(4)$}; \node at (-14,-13.5) {$\emptyset$}; \node at (-10,-13.5) {$\{3\}$}; \node at (-6,-13.5) {$\{2\}$}; \node at (-2,-13.5) {$\{2,3\}$}; \node at (2,-13.5) {$\{1\}$}; \node at (6,-13.5) {$\{1,3\}$}; \node at (10,-13.5) {$\{1,2\}$}; \node at (14,-13.5) {$\{1,2,3\}$}; \path[draw,thick,->] (-12,-8-0.5) -- (-14,-12+0.5); \path[draw,thick,->] (-12,-8-0.5) -- (-10,-12+0.5); \path[draw,thick,->] (-4,-8-0.5) -- (-6,-12+0.5); \path[draw,thick,->] (-4,-8-0.5) -- (-2,-12+0.5); \path[draw,thick,->] (4,-8-0.5) -- (2,-12+0.5); \path[draw,thick,->] (4,-8-0.5) -- (6,-12+0.5); \path[draw,thick,->] (12,-8-0.5) -- (10,-12+0.5); \path[draw,thick,->] (12,-8-0.5) -- (14,-12+0.5); \end{scope} \end{tikzpicture} \end{center} \subsubsection{Menetelmä 2} Toinen tapa käydä osajoukot läpi on hyödyntää kokonaislukujen bittiesitystä. Jokainen $n$ alkion osajoukko voidaan esittää $n$ bitin jonona, joka taas vastaa lukua väliltä $0 \ldots 2^n-1$. Bittiesityksen ykkösbitit ilmaisevat, mitkä joukon alkiot on valittu osajoukkoon. Tavallinen käytäntö on tulkita kokonaisluvun bittiesitys osajoukkona niin, että alkio $k$ kuuluu osajoukkoon, jos lopusta lukien $k$. bitti on 1. Esimerkiksi luvun 25 bittiesitys on 11001, mikä vastaa osajoukkoa $\{1,4,5\}$. Seuraava koodi käy läpi $n$ alkion joukon osajoukkojen bittiesitykset: \begin{lstlisting} for (int b = 0; b < (1< v; for (int i = 0; i < n; i++) { if (b&(1< v; for (int i = 1; i <= n; i++) { v.push_back(i); } do { // käsittele permutaatio v } while (next_permutation(v.begin(),v.end())); \end{lstlisting} \section{Peruuttava haku} \index{peruuttava haku@peruuttava haku} \key{Peruuttava haku} aloittaa ratkaisun etsimisen tyhjästä ja laajentaa ratkaisua askel kerrallaan. Joka askeleella haku haarautuu kaikkiin mahdollisiin suuntiin, joihin ratkaisua voi laajentaa. Haaran tutkimisen jälkeen haku peruuttaa takaisin ja jatkaa muihin mahdollisiin suuntiin. \index{kuningatarongelma} Tarkastellaan esimerkkinä \key{kuningatarongelmaa}, jossa laskettavana on, monellako tavalla $n \times n$ -shakkilaudalle voidaan asettaa $n$ kuningatarta niin, että mitkään kaksi kuningatarta eivät uhkaa toisiaan. Esimerkiksi kun $n=4$, mahdolliset ratkaisut ovat seuraavat: \begin{center} \begin{tikzpicture}[scale=.65] \begin{scope} \draw (0, 0) grid (4, 4); \node at (1.5,3.5) {$K$}; \node at (3.5,2.5) {$K$}; \node at (0.5,1.5) {$K$}; \node at (2.5,0.5) {$K$}; \draw (6, 0) grid (10, 4); \node at (6+2.5,3.5) {$K$}; \node at (6+0.5,2.5) {$K$}; \node at (6+3.5,1.5) {$K$}; \node at (6+1.5,0.5) {$K$}; \end{scope} \end{tikzpicture} \end{center} Tehtävän voi ratkaista peruuttavalla haulla muodostamalla ratkaisua rivi kerrallaan. Jokaisella rivillä täytyy valita yksi ruuduista, johon sijoitetaan kuningatar niin, ettei se uhkaa mitään aiemmin lisättyä kuningatarta. Ratkaisu on valmis, kun viimeisellekin riville on lisätty kuningatar. Esimerkiksi kun $n=4$, osa peruuttavan haun muodostamasta puusta näyttää seuraavalta: \begin{center} \begin{tikzpicture}[scale=.55] \begin{scope} \draw (0, 0) grid (4, 4); \draw (-9, -6) grid (-5, -2); \draw (-3, -6) grid (1, -2); \draw (3, -6) grid (7, -2); \draw (9, -6) grid (13, -2); \node at (-9+0.5,-3+0.5) {$K$}; \node at (-3+1+0.5,-3+0.5) {$K$}; \node at (3+2+0.5,-3+0.5) {$K$}; \node at (9+3+0.5,-3+0.5) {$K$}; \draw (2,0) -- (-7,-2); \draw (2,0) -- (-1,-2); \draw (2,0) -- (5,-2); \draw (2,0) -- (11,-2); \draw (-11, -12) grid (-7, -8); \draw (-6, -12) grid (-2, -8); \draw (-1, -12) grid (3, -8); \draw (4, -12) grid (8, -8); \draw[white] (11, -12) grid (15, -8); \node at (-11+1+0.5,-9+0.5) {$K$}; \node at (-6+1+0.5,-9+0.5) {$K$}; \node at (-1+1+0.5,-9+0.5) {$K$}; \node at (4+1+0.5,-9+0.5) {$K$}; \node at (-11+0+0.5,-10+0.5) {$K$}; \node at (-6+1+0.5,-10+0.5) {$K$}; \node at (-1+2+0.5,-10+0.5) {$K$}; \node at (4+3+0.5,-10+0.5) {$K$}; \draw (-1,-6) -- (-9,-8); \draw (-1,-6) -- (-4,-8); \draw (-1,-6) -- (1,-8); \draw (-1,-6) -- (6,-8); \node at (-9,-13) {\ding{55}}; \node at (-4,-13) {\ding{55}}; \node at (1,-13) {\ding{55}}; \node at (6,-13) {\ding{51}}; \end{scope} \end{tikzpicture} \end{center} Kuvan alimmalla tasolla kolme ensimmäistä osaratkaisua eivät kelpaa, koska niissä kuningattaret uhkaavat toisiaan. Sen sijaan neljäs osaratkaisu kelpaa, ja sitä on mahdollista laajentaa loppuun asti kokonaiseksi ratkaisuksi asettamalla vielä kaksi kuningatarta laudalle. \begin{samepage} Seuraava koodi toteuttaa peruuttavan haun: \begin{lstlisting} void haku(int y) { if (y == n) { c++; return; } for (int x = 0; x < n; x++) { if (r1[x] || r2[x+y] || r3[x-y+n-1]) continue; r1[x] = r2[x+y] = r3[x-y+n-1] = 1; haku(y+1); r1[x] = r2[x+y] = r3[x-y+n-1] = 0; } } \end{lstlisting} \end{samepage} Haku alkaa kutsumalla funktiota \texttt{haku(0)}. Laudan koko on muuttujassa $n$, ja koodi laskee ratkaisuiden määrän muuttujaan $c$. Koodi olettaa, että laudan vaaka- ja pystyrivit on numeroitu 0:sta alkaen. Funktio asettaa kuningattaren vaakariville $y$, kun $0 \le y < n$. Jos taas $y=n$, yksi ratkaisu on valmis ja funktio kasvattaa muuttujaa $c$. Taulukko \texttt{r1} pitää kirjaa, millä laudan pystyriveillä on jo kuningatar. Vastaavasti taulukot \texttt{r2} ja \texttt{r3} pitävät kirjaa vinoriveistä. Tällaisille riveille ei voi laittaa enää toista kuningatarta. Esimerkiksi $4 \times 4$ -laudan tapauksessa rivit on numeroitu seuraavasti: \begin{center} \begin{tikzpicture}[scale=.65] \begin{scope} \draw (0-6, 0) grid (4-6, 4); \node at (-6+0.5,3.5) {$0$}; \node at (-6+1.5,3.5) {$1$}; \node at (-6+2.5,3.5) {$2$}; \node at (-6+3.5,3.5) {$3$}; \node at (-6+0.5,2.5) {$0$}; \node at (-6+1.5,2.5) {$1$}; \node at (-6+2.5,2.5) {$2$}; \node at (-6+3.5,2.5) {$3$}; \node at (-6+0.5,1.5) {$0$}; \node at (-6+1.5,1.5) {$1$}; \node at (-6+2.5,1.5) {$2$}; \node at (-6+3.5,1.5) {$3$}; \node at (-6+0.5,0.5) {$0$}; \node at (-6+1.5,0.5) {$1$}; \node at (-6+2.5,0.5) {$2$}; \node at (-6+3.5,0.5) {$3$}; \draw (0, 0) grid (4, 4); \node at (0.5,3.5) {$0$}; \node at (1.5,3.5) {$1$}; \node at (2.5,3.5) {$2$}; \node at (3.5,3.5) {$3$}; \node at (0.5,2.5) {$1$}; \node at (1.5,2.5) {$2$}; \node at (2.5,2.5) {$3$}; \node at (3.5,2.5) {$4$}; \node at (0.5,1.5) {$2$}; \node at (1.5,1.5) {$3$}; \node at (2.5,1.5) {$4$}; \node at (3.5,1.5) {$5$}; \node at (0.5,0.5) {$3$}; \node at (1.5,0.5) {$4$}; \node at (2.5,0.5) {$5$}; \node at (3.5,0.5) {$6$}; \draw (6, 0) grid (10, 4); \node at (6.5,3.5) {$3$}; \node at (7.5,3.5) {$4$}; \node at (8.5,3.5) {$5$}; \node at (9.5,3.5) {$6$}; \node at (6.5,2.5) {$2$}; \node at (7.5,2.5) {$3$}; \node at (8.5,2.5) {$4$}; \node at (9.5,2.5) {$5$}; \node at (6.5,1.5) {$1$}; \node at (7.5,1.5) {$2$}; \node at (8.5,1.5) {$3$}; \node at (9.5,1.5) {$4$}; \node at (6.5,0.5) {$0$}; \node at (7.5,0.5) {$1$}; \node at (8.5,0.5) {$2$}; \node at (9.5,0.5) {$3$}; \node at (-4,-1) {\texttt{r1}}; \node at (2,-1) {\texttt{r2}}; \node at (8,-1) {\texttt{r3}}; \end{scope} \end{tikzpicture} \end{center} Koodin avulla selviää esimerkiksi, että tapauksessa $n=8$ on 92 tapaa sijoittaa 8 kuningatarta $8 \times 8$ -laudalle. Kun $n$ kasvaa, koodi hidastuu nopeasti, koska ratkaisujen määrä kasvaa räjähdysmäisesti. Tapauksen $n=16$ laskeminen vie jo noin minuutin nykyaikaisella tietokoneella (14772512 ratkaisua). \section{Haun optimointi} Peruuttavaa hakua on usein mahdollista tehostaa erilaisten optimointien avulla. Tavoitteena on lisätä hakuun ''älykkyyttä'' niin, että haku pystyy havaitsemaan mahdollisimman aikaisin, jos muodosteilla oleva ratkaisu ei voi johtaa kokonaiseen ratkaisuun. Tällaiset optimoinnit karsivat haaroja hakupuusta, millä voi olla suuri vaikutus peruuttavan haun tehokkuuteen. Tarkastellaan esimerkkinä tehtävää, jossa laskettavana on reittien määrä $n \times n$ -ruudukon vasemmasta yläkulmasta oikeaan alakulmaan, kun reitin aikana tulee käydä tarkalleen kerran jokaisessa ruudussa. Esimerkiksi $7 \times 7$ -ruudukossa on 111712 mahdollista reittiä vasemmasta yläkulmasta oikeaan alakulmaan, joista yksi on seuraava: \begin{center} \begin{tikzpicture}[scale=.55] \begin{scope} \draw (0, 0) grid (7, 7); \draw[thick,->] (0.5,6.5) -- (0.5,4.5) -- (2.5,4.5) -- (2.5,3.5) -- (0.5,3.5) -- (0.5,0.5) -- (3.5,0.5) -- (3.5,1.5) -- (1.5,1.5) -- (1.5,2.5) -- (4.5,2.5) -- (4.5,0.5) -- (5.5,0.5) -- (5.5,3.5) -- (3.5,3.5) -- (3.5,5.5) -- (1.5,5.5) -- (1.5,6.5) -- (4.5,6.5) -- (4.5,4.5) -- (5.5,4.5) -- (5.5,6.5) -- (6.5,6.5) -- (6.5,0.5); \end{scope} \end{tikzpicture} \end{center} Keskitymme seuraavaksi nimenomaan tapaukseen $7 \times 7$, koska se on laskennallisesti sopivan haastava. Lähdemme liikkeelle suoraviivaisesta peruuttavaa hakua käyttävästä algoritmista ja teemme siihen pikkuhiljaa optimointeja, jotka nopeuttavat hakua eri tavoin. Mittaamme jokaisen optimoinnin jälkeen algoritmin suoritusajan sekä rekursiokutsujen yhteismäärän, jotta näemme selvästi, mikä vaikutus kullakin optimoinnilla on haun tehokkuuteen. \subsubsection{Perusalgoritmi} Algoritmin ensimmäisessä versiossa ei ole mitään optimointeja, vaan peruuttava haku käy läpi kaikki mahdolliset tavat muodostaa reitti ruudukon vasemmasta yläkulmasta oikeaan alakulmaan. \begin{itemize} \item suoritusaika: 483 sekuntia \item rekursiokutsuja: 76 miljardia \end{itemize} \subsubsection{Optimointi 1} Reitin ensimmäinen askel on joko alaspäin tai oikealle. Tästä valinnasta seuraavat tilanteet ovat symmetrisiä ruudukon lävistäjän suhteen. Esimerkiksi seuraavat ratkaisut ovat symmetrisiä keskenään: \begin{center} \begin{tabular}{ccc} \begin{tikzpicture}[scale=.55] \begin{scope} \draw (0, 0) grid (7, 7); \draw[thick,->] (0.5,6.5) -- (0.5,4.5) -- (2.5,4.5) -- (2.5,3.5) -- (0.5,3.5) -- (0.5,0.5) -- (3.5,0.5) -- (3.5,1.5) -- (1.5,1.5) -- (1.5,2.5) -- (4.5,2.5) -- (4.5,0.5) -- (5.5,0.5) -- (5.5,3.5) -- (3.5,3.5) -- (3.5,5.5) -- (1.5,5.5) -- (1.5,6.5) -- (4.5,6.5) -- (4.5,4.5) -- (5.5,4.5) -- (5.5,6.5) -- (6.5,6.5) -- (6.5,0.5); \end{scope} \end{tikzpicture} & \hspace{20px} & \begin{tikzpicture}[scale=.55] \begin{scope}[yscale=1,xscale=-1,rotate=-90] \draw (0, 0) grid (7, 7); \draw[thick,->] (0.5,6.5) -- (0.5,4.5) -- (2.5,4.5) -- (2.5,3.5) -- (0.5,3.5) -- (0.5,0.5) -- (3.5,0.5) -- (3.5,1.5) -- (1.5,1.5) -- (1.5,2.5) -- (4.5,2.5) -- (4.5,0.5) -- (5.5,0.5) -- (5.5,3.5) -- (3.5,3.5) -- (3.5,5.5) -- (1.5,5.5) -- (1.5,6.5) -- (4.5,6.5) -- (4.5,4.5) -- (5.5,4.5) -- (5.5,6.5) -- (6.5,6.5) -- (6.5,0.5); \end{scope} \end{tikzpicture} \end{tabular} \end{center} Tämän ansiosta voimme tehdä päätöksen, että reitin ensimmäinen askel on alaspäin, ja kertoa lopuksi reittien määrän 2:lla. \begin{itemize} \item suoritusaika: 244 sekuntia \item rekursiokutsuja: 38 miljardia \end{itemize} \subsubsection{Optimointi 2} Jos reitti menee oikean alakulman ruutuun ennen kuin se on käynyt kaikissa muissa ruuduissa, siitä ei voi mitenkään enää saada kelvollista ratkaisua. Näin on esimerkiksi seuraavassa tilanteessa: \begin{center} \begin{tikzpicture}[scale=.55] \begin{scope} \draw (0, 0) grid (7, 7); \draw[thick,->] (0.5,6.5) -- (0.5,4.5) -- (2.5,4.5) -- (2.5,3.5) -- (0.5,3.5) -- (0.5,0.5) -- (3.5,0.5) -- (3.5,1.5) -- (1.5,1.5) -- (1.5,2.5) -- (4.5,2.5) -- (4.5,0.5) -- (6.5,0.5); \end{scope} \end{tikzpicture} \end{center} Niinpä voimme keskeyttää hakuhaaran heti, jos tulemme oikean alakulman ruutuun liian aikaisin. \begin{itemize} \item suoritusaika: 119 sekuntia \item rekursiokutsuja: 20 miljardia \end{itemize} \subsubsection{Optimointi 3} Jos reitti osuu seinään niin, että kummallakin puolella on ruutu, jossa reitti ei ole vielä käynyt, ruudukko jakautuu kahteen osaan. Esimerkiksi seuraavassa tilanteessa sekä vasemmalla että oikealla puolella on tyhjä ruutu: \begin{center} \begin{tikzpicture}[scale=.55] \begin{scope} \draw (0, 0) grid (7, 7); \draw[thick,->] (0.5,6.5) -- (0.5,4.5) -- (2.5,4.5) -- (2.5,3.5) -- (0.5,3.5) -- (0.5,0.5) -- (3.5,0.5) -- (3.5,1.5) -- (1.5,1.5) -- (1.5,2.5) -- (4.5,2.5) -- (4.5,0.5) -- (5.5,0.5) -- (5.5,6.5); \end{scope} \end{tikzpicture} \end{center} Nyt ei ole enää mahdollista käydä kaikissa ruuduissa, joten voimme keskeyttää hakuhaaran. Tämä optimointi on hyvin hyödyllinen: \begin{itemize} \item suoritusaika: 1{,}8 sekuntia \item rekursiokutsuja: 221 miljoonaa \end{itemize} \subsubsection{Optimointi 4} Äskeisen optimoinnin ideaa voi yleistää: ruudukko jakaantuu kahteen osaan, jos nykyisen ruudun ylä- ja alapuolella on tyhjä ruutu sekä vasemmalla ja oikealla puolella on seinä tai aiemmin käyty ruutu (tai päinvastoin). Esimerkiksi seuraavassa tilanteessa nykyisen ruudun ylä- ja alapuolella on tyhjä ruutu eikä reitti voi enää edetä molempiin ruutuihin: \begin{center} \begin{tikzpicture}[scale=.55] \begin{scope} \draw (0, 0) grid (7, 7); \draw[thick,->] (0.5,6.5) -- (0.5,4.5) -- (2.5,4.5) -- (2.5,3.5) -- (0.5,3.5) -- (0.5,0.5) -- (3.5,0.5) -- (3.5,1.5) -- (1.5,1.5) -- (1.5,2.5) -- (4.5,2.5) -- (4.5,0.5) -- (5.5,0.5) -- (5.5,4.5) -- (3.5,4.5); \end{scope} \end{tikzpicture} \end{center} Haku tehostuu entisestään, kun keskeytämme hakuhaaran kaikissa tällaisissa tapauksissa: \begin{itemize} \item suoritusaika: 0{,}6 sekuntia \item rekursiokutsuja: 69 miljoonaa \end{itemize} ~\\ Nyt on hyvä hetki lopettaa optimointi ja muistella, mistä lähdimme liikkeelle. Alkuperäinen algoritmi vei aikaa 483 sekuntia, ja nyt optimointien jälkeen algoritmi vie aikaa vain 0{,}6 sekuntia. Optimointien ansiosta algoritmi nopeutui siis lähes 1000-kertaisesti. Tämä on yleinen ilmiö peruuttavassa haussa, koska hakupuu on yleensä valtava ja yksinkertainenkin optimointi voi karsia suuren määrän haaroja hakupuusta. Erityisen hyödyllisiä ovat optimoinnit, jotka kohdistuvat hakupuun yläosaan, koska ne karsivat eniten haaroja. \section{Puolivälihaku} \index{puolivxlihaku@puolivälihaku} \key{Puolivälihaku} (''meet in the middle'') on tekniikka, jossa hakutehtävä jaetaan kahteen yhtä suureen osaan. Kumpaankin osaan tehdään erillinen haku, ja lopuksi hakujen tulokset yhdistetään. Puolivälihaun käyttäminen edellyttää, että erillisten hakujen tulokset pystyy yhdistämään tehokkaasti. Tällöin puolivälihaku on tehokkaampi kuin yksi haku, joka käy läpi koko hakualueen. Tyypillisesti puolivälihaku tehostaa algoritmia niin, että aikavaativuuden kertoimesta $2^n$ tulee kerroin $2^{n/2}$. Tarkastellaan ongelmaa, jossa annettuna on $n$ lukua sisältävä lista sekä kokonaisluku $x$. Tehtävänä on selvittää, voiko listalta valita joukon lukuja niin, että niiden summa on $x$. Esimerkiksi jos lista on $[2,4,5,9]$ ja $x=15$, voimme valita listalta luvut $[2,4,9]$, jolloin $2+4+9=15$. Jos taas lista säilyy ennallaan ja $x=10$, mikään valinta ei täytä vaatimusta. Tavanomainen ratkaisu tehtävään on käydä kaikki listan alkioiden osajoukot läpi ja tarkastaa, onko jonkin osajoukon summa $x$. Tällainen ratkaisu kuluttaa aikaa $O(2^n)$, koska erilaisia osajoukkoja on $2^n$. Seuraavaksi näemme, miten puolivälihaun avulla on mahdollista luoda tehokkaampi $O(2^{n/2})$-aikainen ratkaisu. Huomaa, että aikavaativuuksissa $O(2^n)$ ja $O(2^{n/2})$ on merkittävä ero, koska $2^{n/2}$ tarkoittaa samaa kuin $\sqrt{2^n}$. Ideana on jakaa syötteenä oleva lista kahteen listaan $A$ ja $B$, joista kumpikin sisältää noin puolet luvuista. Ensimmäinen haku muodostaa kaikki osajoukot listan $A$ luvuista ja laittaa muistiin niiden summat listaan $S_A$. Toinen haku muodostaa vastaavasti listan $B$ perusteella listan $S_B$. Tämän jälkeen riittää tarkastaa, onko mahdollista valita yksi luku listasta $S_A$ ja toinen luku listasta $S_B$ niin, että lukujen summa on $x$. Tämä on mahdollista tarkalleen silloin, kun alkuperäisen listan luvuista saa summan $x$. Tarkastellaan esimerkkiä, jossa lista on $[2,4,5,9]$ ja $x=15$. Puolivälihaku jakaa luvut kahteen listaan niin, että $A=[2,4]$ ja $B=[5,9]$. Näistä saadaan edelleen summalistat $S_A=[0,2,4,6]$ ja $S_B=[0,5,9,14]$. Summa $x=15$ on mahdollista muodostaa, koska voidaan valita $S_A$:sta luku $6$ ja $S_B$:stä luku $9$. Tämä valinta vastaa ratkaisua $[2,4,9]$. Ratkaisun aikavaativuus on $O(2^{n/2})$, koska kummassakin listassa $A$ ja $B$ on $n/2$ lukua ja niiden osajoukkojen summien laskeminen listoihin $S_A$ ja $S_B$ vie aikaa $O(2^{n/2})$. Tämän jälkeen on mahdollista tarkastaa ajassa $O(2^{n/2})$, voiko summaa $x$ muodostaa listojen $S_A$ ja $S_B$ luvuista.