旅行商问题(动态规划方法,超级详细的)

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旅行商问题(动态规划方法,超级详细的)

2024-07-07 19:21:37| 来源: 网络整理| 查看: 265

一、题目 一个售货员必须访问n个城市,恰好访问每个城市一次,并最终回到出发城市。 售货员从城市i到城市j的旅行费用是一个整数,旅行所需的全部费用是他旅行经过的的各边费用之和,而售货员希望使整个旅行费用最低。(等价于求图的最短哈密尔顿回路问题)令G=(V, E)是一个带权重的有向图,顶点集V=(v0, v1, ..., vn-1)。从图中任一顶点vi出发,经图中所有其他顶点一次且只有一次,最后回到同一顶点vi的最短路径。 二、测试用例

 

其中1,2,3,4,5代表五个城市。此模型可抽象为图,可用邻接矩阵c表示,如下图所示:

三、动态规划方程

 假设从顶点s出发,令d(i, V)表示从顶点i出发经过V(是一个点的集合)中各个顶点一次且仅一次,最后回到出发点s的最短路径长度。

        推导:(分情况来讨论)

        ①当V为空集,那么d(i, V),表示直接从i回到s了,此时d(i,V) = c_{is} 且 (i\neq s)

        ②如果V不为空,那么就是对子问题的最优求解。你必须在V这个城市集合中,尝试每一个,并求出最优解。

          d(i, V)=min(C_{ik} + d(k, V-(k))

           注:c_{ik}表示选择的城市和城市i的距离,d(k, V-(k))是一个子问题。

        综上所述,TSP问题的动态规划方程就出来了:

四、用例分析

 

现在对问题定义中的例子来说明TSP的求解过程。(假设出发城市是 0城市)

这里只画出了d(1,{2,3,4}),由于篇幅有限这里就不画了。

 

①我们要求的最终结果是d(0,{1,2,3,4}),它表示,从城市0开始,经过{1,2,3,4}之中的城市并且只有一次,求出最短路径.。 ②d(0,{1,2,3,4})是不能一下子求出来的,那么他的值是怎么得出的呢?看上图的第二层,第二层表明了d(0,{1,2,3,4})所需依赖的值。那么得出:             ③d(1,{2,3,4}),d(2,{1,3,4}),d(3,{1,2,4}),d(4,{1,2,3})同样也不是一步就能求出来的,它们的解一样需要有依赖,就比如说d(1,{2,3,4})       d(2,{1,3,4}),d(3,{1,2,4}),d(4,{1,2,3})同样需要这么求。     ④按照上面的思路,只有最后一层的,当V为空集时,就可以满足d(i,V) = c_{is} 且 (i\neq s)该条件,直接求出dp数组部分的值。

五、数据结构

由上述动态规划公式d(i,V)表示从顶点i出发经过V(是一个点的集合)中各个顶点一次且仅一次,最后回到出发点s的最短路径长度。根据上述给的测试用例有5个城市编号0,1,2,3,4。那么访问n个城市,恰好访问每个城市一次,并最终回到出发城市的嘴短距离可表示为d(0,{1,2,3,4}),那么问题来了我们用什么数据结构表示d(i,V),这里我们就可二维数据dp[N][M]来表示,N表示城市的个数,M表示集合的数量,即M = 2^{N-1},之所以这么表示因为集合V有2^{N-1}个子集。根据测试用例可得出如下dp数组表格:

 

 

那么你们可能就有疑问了,为什么这么表示?这里说明一下比如集合{1,2,3,4}为什么用15表示,我们可以把 集合中元素看成二进制1的位置(二进制从右开始看),1表示从右开始第一位为1,2表示从又开始第二位为1,所以集合{1,2,3,4}可表示二进制(1111)转化为十进制为15。再举个例子比如集合{1,3}表示为二进制为0101,十进制为5。所以我们求出dp[0][15](通用表示dp[0][2^{N-1}-1])就是本题的最终解。

注意:

对于第y个城市,他的二进制表达为,1 (i - 1) ) & 1) == 1或者(x  & (14--->2--->3--->0

七、代码编写

 

#include #include #include #include using namespace std; #define N 5 #define INF 10e7 #define min(a,b) ((a>b)?b:a) static const int M = 1 "; } //单独输出起点编号 cout


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