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图论-旅行商有关问题

2012-10-27 
图论--旅行商问题五一果然基本献给了数据压缩(除了两个晚上用于打球),看了小波的一些理论,看了EZW编码和SP

图论--旅行商问题

五一果然基本献给了数据压缩(除了两个晚上用于打球),看了小波的一些理论,看了EZW编码和SPIHT编码方法,看了一篇基于提升小波和改进SPIHT算法的图像编码的论文,最后就决定以这篇文章为基础进行实现了。还好理解了SPIHT算法的整个过程了,不然这篇文章估计也看不懂。现在比较愁的是,我要用matlab实现好呢?还是用c实现啊?matlab不是很熟,可是如果c的话可能要有很多跟图像相关的操作,还有矩阵。。。有关数据压缩的,就先到这里一个段落吧。

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最后一个晚上开始做旅行商问题(tsp)。

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首先描述一下问题:salesman从某个城市出发,要去很多城市推销商品,从a城市到b城市路上的开销已知,现在要找一条路,从salesman从该城市出发,最后又回到这个城市,路上的开销最少。

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以前一直听说tsp是一个NP难问题,做数模的时候从来不敢轻易用精确算法来解决这个问题(其实当时图的规模也不大),对于很多启发式算法又其实不是很懂,总之就是,我从来没有觉得答案是最优解。借着这次机会,消除了一些思维误区,也告诫自己,凡事不能浅尝辄止。

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解题思路是从《图论与代数结构》这本书上看来的,我结合例子试着复述一遍:

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例:G=[ 0 42 33 52 29

??????????? 42? 0 26 38 49

??????????? 33 26? 0 34 27

??????????? 52 38 34? 0 35

????????????29 49 27 35? 0 ]

假设以顶点1、2为顶点的边表示为e12

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首先是对边根据它的权重从小到大排序。

e23(26)? e35(27)? e15(29)? e13(33)? e34(34)? e45(35)? e24(38)? e12(42)? e25(49)? e14(52)

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构造哈密顿回路H:

把符合条件的边一条一条地加到H中去(符合条件指的是:如果将某条边加入到H中去,不会有顶点的入度超过3)直到H有n条边。这样就构成了一个哈密顿回路。

应该说,构成哈密顿回路的过程是一个搜索过程。搜索的树的形状差不多是这样子的:

根节点是人为构造的,设它为level=-1, 下面包含了(n-1)*n/2-n+1个子节点,如上面的例子,n=5,根节点下面有6个子节点,分别是

e23 e35 e15 e13 e34 e45

它代表的含义是,可以把这条边放在第0层,并接着往下再搜索4条边形成一个H回路。这也就是为什么只有(n-1)*n/2-n+1个子结点了。

以e23为结点的树的第1层有孩子结点:e35 e15 e13 e34 e45 e24

以e35为结点的树的第1层有孩子结点:e15 e13 e34 e45 e24

看出来没有,子结点的边一定比父结点要大。

深搜的时候,有两个条件可以进行剪枝:

(1)如果边不符合条件,以这条边根结点的树不需要再往下搜索

(2)如果通过该边得到的回路的总开销大于前面找到的回路的总开销,以这条边的父结点为根结点的树不再往下搜索

第一点是很显然的,比方说从e23这条边进行深搜,路径是:e23->e35->e15,e15下面有子结点:e13, e34, e45, e24, e12, e12、e34、e45都不符合要求,因此这些树都不需要进行搜索了。

第二点需要想到的是,父结点下面的siblings是从左到边变大的,且子结点都比父结点大,所以如果左边的搜索到的H回路已经比原先的H回路权重大了,再往下或往右搜索肯定是更大的,所以整个父结点都不需要搜索了。

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不知道我把问题解释清楚了没有?

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其实之前看书里的解题思路的时候,我还不是这么想的,在实现的过程中递归到我自己也迷糊了,最后才提炼出来这样的结果的,呵呵。我还是不大会递归啊。

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最后看一下实现的代码:

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