1. 程式人生 > >【算法學習】雙調歐幾裏得旅行商問題(動態規劃)(轉)

【算法學習】雙調歐幾裏得旅行商問題(動態規劃)(轉)

png .com 16px 我們 pan 子結構 最小 而且 復雜度

雙調歐幾裏得旅行商問題是一個經典動態規劃問題。《算法導論(第二版)》思考題15-1和北京大學OJ2677都出現了這個題目。

旅行商問題描述:平面上n個點,確定一條連接各點的最短閉合旅程。這個解的一般形式為NP的(在多項式時間內可以求出)

J.L. Bentley 建議通過只考慮雙調旅程(bitonictour)來簡化問題,這種旅程即為從最左點開始,嚴格地從左到右直至最右點,然後嚴格地從右到左直至出發點。下圖(b)顯示了

同樣的7個點的最短雙調路線。在這種情況下,多項式的算法是可能的。事實上,存在確定的最優雙調路線的O(n*n)時間的算法。

技術分享

上圖中,a是最短閉合路線,這個路線不是雙調的。b是最短雙調閉合路線。

求解過程:

(1)首先將各點按照x坐標從小到大排列,時間復雜度為O(nlgn)。

(2)尋找子結構:定義從Pi到Pj的路徑為:從Pi開始,從右到左一直到P1,然後從左到右一直到Pj。在這個路徑上,會經過P1到Pmax(i,j)之間的所有點且只經過一次。

在定義d(i,j)為滿足這一條件的最短路徑。我們只考慮i>=j的情況。

同時,定義dist(i,j)為點Pi到Pj之間的直線距離。

(3)最優解:我們需要求的是d(n,n)。

關於子問題d(i,j)的求解,分三種情況:

A、當j < i - 1時,d(i,j) = d(i-1,j) + dist(i - 1,i)。

由定義可知,點Pi-1一定在路徑Pi-Pj上,而且又由於j<i-1,因此Pi的左邊的相鄰點一定是Pi-1.因此可以得出上述等式。

B、當j = i - 1時,與Pi左相鄰的那個點可能是P1到Pi-1總的任何一個。

因此需要遞歸求出最小的那個路徑:

d(i,j) = d(i,i-1) = min{d(k,j) + dist(i,k)},其中1 <= k <= j。

C、當j=i時,路徑上最後相連的兩個點可能是P1-Pi、P2-Pi...Pi-1-Pi。
因此有:
d(i,i) = min{d(i,1)+dist(1,i),...,d(i,i-1),dist(i-1,i)}.。

【算法學習】雙調歐幾裏得旅行商問題(動態規劃)(轉)