huật toán nhánh và cận
64
Duyệt nhánh và cận:
Phương án bộ phận (a1, , ak)
trong đó a1 gán cho x1, ak gán
cho xk
Phương án (a1, , ak, bk+1, ,bn)
là một phương án đầy đủ được
phát triển từ (a1, ,ak) trong đó
bk+1 gán cho xk+1, , bn được gán
cho x
n
Với mỗi phương án bộ phận
(x1, , xk), hàm cận dưới g(x1, ,
xk
) có giá trị không lớn hơn giá trị
hàm mục tiêu của phương án
đầy đủ phát triển từ (x1, ,xk)
Nếu g(x1, ,xk) f* thì không phát
triển lời giải từ (x1, ,xk)
Thuật toán nhánh và cận
65
Bài toán TSP
c
m là chi phí nhỏ nhất trong số các
chi phí đi giữa 2 thành phố khác
nhau
Phương án bộ phận (x1, , xk)
Chi phí bộ phận 𝑓ҧ = c(x1, x2) + c(x2, x3)
+ + c(xk-1, xk)
Hàm cận dưới
g(x1, , xk) = 𝑓ҧ + cm(n-k+1)
Hàm mục tiêu f của các lời giải pháp
triển từ lời giải hiện tại
66 trang |
Chia sẻ: hachi492 | Ngày: 06/01/2022 | Lượt xem: 426 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Thuật toán ứng dụng - Chương 3: Đệ quy quay lui - Phạm Quang Dũng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Phạm Quang Dũng
Bộ môn KHMT
dungpq@soict.hust.edu.vn
THUẬT TOÁN ỨNG DỤNG
1
ĐỆ QUY QUAY LUI
NộI dung
Đệ quy quay lui
Tổng quan đệ quy quay lui
Bài toán liệt kê xâu nhị phân
Bài toán liệt kê nghiệm nguyên dương phương trình tuyến tính
Bài toán liệt kê TSP
Bài toán liệt kê hành trình taxi
Bài toán liệt kê CBUS
Bài toán liệt kê BCA
Bài toán liệt kê CVRP
Thuật toán nhánh và cận
Tổng quan nhánh và cận
Bài toán tối ưu TSP
Bài toán tối ưu hành trình taxi
Bài toán tối ưu CBUS
Bài toán tối ưu BCA
Bài toán tối ưu CVRP
2
Đệ quy quay lui
Phương pháp dùng để liệt kê các cấu hình tổ hợp cũng
như giải bài toán tối ưu tổ hợp
Liệt kê: liệt kê tất cả các bộ x = (x1,x2,, xN) trong đó xi
Ai - tập rời rạc, đồng thời (x1,x2,..., xN) thỏa mãn các ràng
buộc C cho trước
Tối ưu tổ hợp: trong số các bộ (phương án) x = (x1,x2,,
xN) trong đó xi Ai - tập rời rạc, đồng thời (x1,x2,..., xN)
thỏa mãn các ràng buộc C cho trước, cần tìm phương án
có f(x) → min(max)
Thử lần lượt từng giá trị cho mỗi biến
Chiến lược chọn biến, ví dụ x1, x2, x3,, xN
Chiến lược chọn giá trị cho biến, ví dụ từ nhỏ đến lớn
hoặc ngược lại
3
Đệ quy quay lui
4
x1 = v1 x1 = v2
x1 = vk
x2 = u1 x2 = uq
x3 = w1 x3 = wh
()
(v1)
(v1,uq)
(v1,uq, wh)
. . . .
. . . .
. . . .
. . . .
. . . .
Đệ quy quay lui
Tại mỗi thời điểm, ta có phương án bộ phận (x1 = v1, x2 = v2,
, xk-1 = vk-1) → cần thử duyệt tiếp các khả năng cho xk ?
5
. . . .
try(k){// thử giá trị cho xk
forall v Ak do{
if(check(v,k)) then{// kiểm tra ràng buộc C của bài toán
xk = v;
[cập nhật các cấu trúc dữ liệu liên quan]
if(k = N) then solution();
else try(k+1);
[khôi phục trạng thái các cấu trúc dữ liệu khi quay lui]
}
}
}
Liệt kê xâu nhị phân độ dài N
6
. . . .
#include
using namespace std;
#define MAX 100
int N;
int x[MAX];// bieu dien loi phuong an cua bai toan
bool check(int v, int k){
return true;
}
void solution(){
for(int i = 1; i <= N; i++) cout << x[i] << " "; cout << endl;
}
Liệt kê xâu nhị phân độ dài N
7
. . . .
void TRY(int k){
for(int v = 0; v <= 1; v++){
if(check(v,k)){
x[k] = v;
if(k == N) solution();
else TRY(k+1);
}
}
}
int main(){
N = 3;
TRY(1);// bat dau thu gia tri cho x[1]
}
Liệt kê nghiệm nguyên dương của
phương trình tuyến tính
X1 + X2 + . . . + Xn = M
Phương án bộ phận (X1, , Xk-1) có tổng bộ phận là T
Khởi tạo
Phương án bộ phận rỗng: (), T = 0
Thử giá trị cho Xk
X1 + X2 + + Xk-1 + Xk + Xk+ 1 + . . . + Xn = M
Xk = M – T – (Xk+1 + Xk+2 + + Xn)
1 ≤ Xk ≤ M – T – (n - k)
8
Liệt kê nghiệm nguyên dương của
phương trình tuyến tính
X1 + X2 + . . . + Xn = M
9
. . . .
#include
#define MAX 100
int n,M;
int X[MAX];
int T;// accumulated sum
int check(int v, int k){
if(k < n) return 1;
return T + v == M;
}
void solution(){
for(int i = 1; i <= n; i++) printf("%d ",X[i]); printf("\n");
}
Liệt kê nghiệm nguyên dương của
phương trình tuyến tính
10
. . . .
void TRY(int k){
for(int v = 1; v <= M-T - n+k; v++){
if(check(v,k)){
X[k] = v;
T = T + X[k];// update incrementally
if(k == n) solution();
else TRY(k+1);
T = T - X[k];// recover when backtracking
}
}
}
int main(){
n = 6; M = 15;
T = 0;
TRY(1);
}
Liệt kê hành trình giao hàng
Một shipper nhận hàng từ cửa hàng (điểm 0) và phải đi
qua tất cả N khách hàng 1, 2, 3, . . ., N (mỗi khách
hàng đi qua đúng 1 lần) để giao hàng. Hãy liệt kê tất
cả các phương án cho shipper
11
Liệt kê hành trình giao hàng
12
#include
#define MAX 100
using namespace std;
int N;
int X[MAX];// permutation 1,2,...,N
int appear[MAX];// appear[v] = 1 indicates that v has appeared
void solution(){
for(int i = 1; i <= N; i++) cout << X[i] << " "; cout << endl;
}
bool check(int v, int k){
return appear[v] == 0;
}
Liệt kê hành trình giao hàng
13
void TRY(int k){// thu gia tri cho X[k]
for(int v = 1; v <= N; v++){
if(check(v,k)){
X[k] = v;
appear[v] = 1;// update
if(k == N) solution();
else TRY(k+1);
appear[v] = 0;// recover
}
}
}
int main(){
N = 3;
for(int v = 1; v <= N; v++) appear[v] = 0;
TRY(1);
}
Liệt kê hành trình đón trả khách cho taxi
Một taxi xuất phát từ điểm 0 và cần phục vụ đón trả N
khách 1, 2, , N. Khách thứ i có điểm đón là i và điểm
trả là N+i. Hãy liệt kê tất cả các phương án đón trả cho
taxi.
Giải pháp
Đưa về bài toán liệt kê hoán vị
Do tính chất vận chuyển taxi nên điểm i sẽ nằm ngay
trước điểm i+N trên mỗi hoán vị của 1, 2, , 2N
→ mỗi hoán vị của 1, 2, , N, chèn thêm i+N vào ngay sau
giá trị i (với mọi i = 1, 2, , N)
14
Liệt kê hành trình đón trả khách cho taxi
15
#include
#define MAX 100
using namespace std;
int N;
int X[MAX];// permutation 1,2,...,N
int appear[MAX];// appear[v] = 1 indicates that v has appeared
void solution(){
for(int i = 1; i <= N; i++)
cout << X[i] << " " << X[i] + N << " ";
cout << endl;
}
bool check(int v, int k){
return appear[v] == 0;
}
Liệt kê hành trình đón trả khách cho taxi
16
void TRY(int k){// thu gia tri cho X[k]
for(int v = 1; v <= N; v++){
if(check(v,k)){
X[k] = v;
appear[v] = 1;// update
if(k == N) solution();
else TRY(k+1);
appear[v] = 0;// recover
}
}
}
int main(){
N = 3;
for(int v = 1; v <= N; v++) appear[v] = 0;
TRY(1);
}
Liệt kê hành trình đón trả khách cho bus
Một xe bus xuất phát từ điểm 0 và cần phục vụ đón trả
N khách 1, 2, , N. Khách thứ i có điểm đón là i và
điểm trả là N+i. Xe bus chở được tối đa Q khách cùng
một lúc. Hãy liệt kê tất cả các phương án đón trả cho
xe bus.
17
Liệt kê hành trình đón trả khách cho bus
Một xe bus xuất phát từ điểm 0 và cần phục vụ đón trả
N khách 1, 2, , N. Khách thứ i có điểm đón là i và
điểm trả là N+i. Xe bus chở được tối đa Q khách cùng
một lúc. Hãy liệt kê tất cả các phương án đón trả cho
xe bus.
Thiết kế giải pháp
Kiểm soát số hành khách trên xe bằng biến q: số khách
đang có mặt trên xe
Mỗi khi hành trình đi qua 1 điểm đón thì tăng q lên 1
Mỗi khi hành trình đi qua 1 điểm trả thì giảm q đi 1 đơn vị
18
Liệt kê hành trình đón trả khách cho bus
19
#include
using namespace std;
#define MAX_N 100
int N;// so khach
int Q;// so cho tren bus cho hanh khach
int X[2*MAX_N + 1];// bieu dien phuong an lo trinh X[1], X[2], . . . X[2N]
int q;// so khach thuc su dang co tren xe ung voi phuong an bo phan hien tai
bool appear[2*MAX_N+1];
bool check(int v, int k){
if(appear[v]) return false;
if(v <= N){// v is pickup
if(q >= Q) return false;
}else{// v > N means drop-off
if(!appear[v-N]) return false;
}
return true;
}
Liệt kê hành trình đón trả khách cho bus
20
void solution(){
for(int i = 1; i <= 2*N; i++) cout << X[i] << " "; cout << endl;
}
void TRY(int k){// thu gia tri cho X[k]
for(int v = 1; v <= 2*N; v++){
if(check(v,k)){
X[k] = v;
appear[v] = true;
if(v <= N) q++; else q--;// update q incrementally
if(k == 2*N) solution();
else TRY(k+1);
appear[v] = false;
if(v <= N) q--; else q++;// recover status q
}
}
}
Liệt kê hành trình đón trả khách cho bus
21
int main(){
N = 3; Q = 2;
q = 0;
for(int v = 1; v <= 2*N; v++) appear[v] = false;
TRY(1);
}
DIGITS
Write C program that reads an integer value N from
stdin, prints to stdout the number Q ways to assign
values 1, 2, , 9 to characters I, C, T, H, U, S, K
(characters are assigned with different values)
ICT – K62 + HUST = N
22
stdin stdout
1234 24
DIGITS
23
#include
int X[7];// X[0] = I, X[1] = C, X[2] = T, X[4] = H, X[5] = U, X[6] = S, X[3] = K
int appeared[10];
int ans,N;
void solution(){
int T = X[0]*100 + X[1]*10 + X[2] - X[3]*100 - 62 +
X[4]*1000 + X[5]*100 + X[6]*10 + X[2];
if(T == N){
ans++;
//printf("%d%d%d - %d62 + %d%d%d%d\n",X[0],X[1],X[2],X[3],X[4],X[5],X[6],X[2]);
}
}
void init(){
for(int v = 1; v <= 9; v++) appeared[v] = 0;
}
DIGITS
24
void TRY(int k){
for(int v = 1; v <= 9; v++){
if(appeared[v] == 0){
X[k] = v;
appeared[v] = 1;
if(k == 6){
solution();
}else{
TRY(k+1);
}
appeared[v] = 0;
}
}
}
DIGITS
25
void solve(){
scanf("%d",&N);
init();
ans = 0;
TRY(0);
printf("%d",ans);
}
int main(){
solve();
}
KNIGHT
Cho một bàn cờ quốc tế N x N. Một quân mã xuất phát
từ ô (i, j). Hãy liệt kê tất cả các hành trình cho quân mã
di chuyển (theo luật cờ vua) đến tất cả các ô của bàn
cờ, mỗi ô đúng 1 lần
Input
Duy nhất 1 dòng chứa N, i, j (1 ≤ i, j ≤ N ≤ 8)
Output
Ghi ra dãy tọa độ các ô trên hành trình của quân mã
26
KNIGHT
X
27
Từ mỗi ô (i,j), quân mã có thể nhảy đến các ô (i+di,
j+dj) với (di,dj) {(1,2), (1,-2), (-1,2), (-1,-2), (2,1),
(2,-1),(-2,1),(-2,-1)}
Biểu diễn phương án
Xi[1..N*N], Xj[1..N*N]
(Xi[1],Xj[1]) → (Xi[2],Xj[2]) → ..
Mảng đánh dấu mark[i][j] = true
có nghĩa ô (i,j) đã được đi đến
KNIGHT
28
#include
using namespace std;
#define MAX 30
int di[8] = {1, 1, 2, 2, -1, -1, -2, -2};
int dj[8] = {2, -2, 1, -1, 2, -2, 1, -1};
bool mark[MAX][MAX];
int Xi[MAX*MAX];
int Xj[MAX*MAX];
int N;
int I,J; // start cell (I,J)
bool found;
int cnt;
KNIGHT
29
bool check(int r, int c){
if(r N) return false;
if(c N) return false;
return !mark[r][c];
}
void solution(){
found = true;
cnt++;
for(int k = 1; k <= N*N; k++) cout << "(" << Xi[k] << "," << Xj[k] << ") ";
cout << endl;
}
KNIGHT
30
void TRY(int k){// current cell (Xi[k-1],Xj[k-1])
for(int q = 0; q < 8; q++){
if(check(Xi[k-1] + di[q], Xj[k-1] + dj[q])){
Xi[k] = Xi[k-1] + di[q];
Xj[k] = Xj[k-1] + dj[q];
mark[Xi[k]][Xj[k]] = true;// update
if(k == N*N) solution();
else TRY(k+1);
mark[Xi[k]][Xj[k]] = false;// recover
}
}
}
KNIGHT
31
int main(){
cin >> N >> I >> J;
for(int i = 1; i <= N; i++)
for(int j = 1; j <= N; j++)
mark[i][j] = false;
Xi[1] = I; Xj[1] = J;// starting cell
mark[I][J] = true;
found = false;
cnt = 0;
TRY(2);
cout << cnt;
}
Liệt kê phương án phân công giảng dạy
Có n môn học 1, 2, , n cần được phân cho m giáo
viên 1, 2, , m. Mỗi giáo viên có danh sách các môn
mà người này có thể giảng dạy (tùy thuộc chuyên
ngành hẹp của giáo viên).
Vì đã được xếp thời khóa biểu từ trước nên giữa n
môn học này sẽ có các cặp 2 môn trùng thời khóa biểu
và do đó không thể được phân công cho cùng một
giáo viên được và được thể hiện bởi 0-1 ma trận A(i,j)
trong đó A(i,j) = 1 có nghĩa môn i và j trùng thời khóa
biểu.
Hãy liệt kê tất cả các phương án phân công giảng dạy
các môn cho giáo viên
32
Liệt kê phương án phân công giảng dạy
Dữ liệu đầu vào
Dòng 1: n, m (1 ≤ m < n ≤ 10)
Dòng i+1 (i = 1,,n): k, t1, t2, , tk trong đó k là số giáo
viên có thể dạy môn i và t1, t2, , tk là các giáo viên có
thể dạy môn i
Dòng i+n+1 (i = 1,,n): chứa các phần tử dòng thứ i của
ma trận A
33
Liệt kê phương án phân công giảng dạy
#include
#define MAX_N 100
#define MAX_M 30
using namespace std;
// input data structures
int N;// number of course
int M;// number of teachers
int sz[MAX_N];// sz[c] is the number of possible teachers for course c
int t[MAX_N][MAX_M];// t[c][i]: the ith teacher that can teach course c
int h[MAX_N];// h[c] is the number of hours of course c each week
int A[MAX_N][MAX_N];// A[i][j] = 1 indicates that course i and j are
conflict
int f[MAX_M];
int cnt; // number of solutions;
// variables
int X[MAX_N];
34
Liệt kê phương án phân công giảng dạy
void input(){
cin >> N >> M;
for(int i = 1; i <= N; i++)
cin >> h[i];
for(int i = 1; i <= N; i++){
cin >> sz[i];
for(int j = 0; j < sz[i]; j++)
cin >> t[i][j];
}
for(int i = 1; i <= N; i++){
for(int j = 1; j <= N; j++)
cin >> A[i][j];
}
}
35
Liệt kê phương án phân công giảng dạy
int check(int v, int k){
for(int i = 1; i <= k-1; i++){
if(A[i][k] && v == X[i]) return 0;
}
return 1;
}
void solution(){
cnt++;
cout << "solution " << cnt << endl;
for(int t = 1; t <= M; t++){
cout << "course of teacher " << t << ": ";
for(int i = 1; i <= N; i++) if(X[i] == t) cout << i << ", ";
cout << " hour = " << f[t] << endl;
}
cout << "--------------------" << endl;
}36
Liệt kê phương án phân công giảng dạy
void TRY(int k){
for(int i = 0; i < sz[k]; i++){
int v = t[k][i];
if(check(v,k)){
X[k] = v;
f[v] += h[k];
if(k == N){
solution();
}else{
TRY(k+1);
}
f[v] -= h[k];
}
}
}37
Liệt kê phương án phân công giảng dạy
void solve(){
for(int i = 1; i <= M; i++) f[i] = 0;
cnt = 0;
TRY(1);
}
int main(){
input();
solve();
}
38
Bài toán CVRP
Một đội gồm K xe tải giống nhau cần được phân công để
vận chuyển hàng hóa pepsi từ kho trung tâm (điểm 0) đến
các điểm giao hàng 1,2,,N.
Mỗi xe tải có tải trọng Q (mỗi chuyển chỉ vận chuyển tối đa
Q thùng).
Mỗi điểm giao hàng i có lượng hàng yêu cầu là d[i] thùng
Cần xây dựng phương án vận chuyển sao cho
Mỗi xe đều phải được phân công vận chuyển
Mỗi điểm giao chỉ được giao bởi đúng 1 xe
Tổng lượng hàng trên xe không vượt quá tải trọng của xe đó
Cần liệt kê tất cả các phương án vận chuyển
39
Bài toán CVRP
Ví dụ N = 3, K = 2
→ có 6 phương án vận chuyển sau
40
Route[1] = 0 – 1 – 0
Route[2] = 0 – 2 – 3 – 0
Route[1] = 0 – 1 – 2 – 0
Route[2] = 0 – 3 – 0
Route[1] = 0 – 1 – 3 – 0
Route[2] = 0 – 2 – 0
Route[1] = 0 – 2 – 0
Route[2] = 0 – 3 – 1 – 0
Route[1] = 0 – 1 – 0
Route[2] = 0 – 3 – 2 – 0
Route[1] = 0 – 2 – 1 – 0
Route[2] = 0 – 3 – 0
Bài toán CVRP
Thiết kế dữ liệu
y[k] điểm giao đầu tiên của xe thứ k (y[k] {1,2,...,N}, với
k=1,2,,K)
x[i] là điểm tiếp theo của điểm giao i trên lộ trình (x[i]
{0,1,2,,N}, với i = 1,2,...,N)
Do các xe giống hệt nhau nên giả định y[1] < y[2] < <
y[K]
visited[v] = true nếu v đã được thăm bởi 1 xe nào đó
41
Bài toán CVRP
Chiến lược duyệt
Bắt đầu bằng việc duyệt bộ giá trị cho (y[1],. . ., y[K])
Với mỗi bộ giá trị đầy đủ của (y[1],. . ., y[K]), bắt đầu duyệt bộ
giá trị cho x[1,...,N] xuất phát từ x[y[1]]
Mỗi khi thử giá trị x[v] = u cho xe thứ k thì
Nếu u > 0 (chưa phải điểm xuất phát) thử duyệt tiếp giá trị cho x[u]
vẫn trên chuyến xe thứ k
Nếu u = 0 (điểm xuất phát) thì
Nếu k = K (đã đủ hết các chuyến cho K) xe và điểm giao nào cũng
được thăm thì ghi nhận 1 phương án
Ngược lại, thử duyệt tiếp giá trị cho chuyến của xe k+1 bắt đầu bởi
cho x[y[k+1]]
Biến segments
Ghi nhận số chặng (đoạn nối giữa 2 điểm liên tiếp trên đường đi)
Khi segments = N+K thì thu được phương án đầy đủ
42
Bài toán CVRP
K = 2
43
0
1(y[1], y[2])
Bài toán CVRP
K = 2
44
0
1(y[1], y[2]) 2
Bài toán CVRP
K = 2
45
0
1(y[1], y[2]) 2
Bài toán CVRP
K = 2
46
0
1(y[1], y[2]) 2
Bài toán CVRP
K = 2
47
0
1(y[1], y[2]) 2
0
Bài toán CVRP
K = 2
48
0
1(y[1], y[2]) 2
0
Bài toán CVRP
K = 2
49
0
1(y[1], y[2]) 2
0
Bài toán CVRP
K = 2
50
0
1(y[1], y[2]) 2
0 0
Bài toán CVRP
K = 2
51
0
1 2 1(y[1], y[2])
0 0
Bài toán CVRP
K = 2
52
0
1 2 1 3(y[1], y[2])
0 0
Bài toán CVRP
K = 2
53
0
1 2 1 3(y[1], y[2])
0 0
.
.
.
. . .
Bài toán CVRP
#include
#define MAX 50
int n,K,Q;
int d[MAX];
int x[MAX]; // x[i] is the next point of i (i = 1,...,n), x[i] \in
// {0,1,...,n}
int y[MAX];// y[k] is the start point of route k
int load[MAX];
int visited[MAX];// visited[i] = 1 means that client point i has been
visited
int segments;// number of segments accumulated
int nbRoutes;
int ans; // records number of solutions
54
Bài toán CVRP
void solution(){
ans++;
for(int k = 1; k <= K; k++){
int s = y[k];
printf("route[%d]: 0 ",k);
for(int v = s; v != 0; v = x[v]){
printf("%d ",v);
}
printf("0\n");
}
printf("---------------------------\n");
}
55
Bài toán CVRP
int checkX(int v,int k){
if(v > 0 && visited[v]) return 0;
if(load[k] + d[v] > Q) return 0;
return 1;
}
void input(){
scanf("%d%d%d",&n,&K,&Q);
for(int i = 1; i <= n; i++){
scanf("%d",&d[i]);
}
d[0] = 0;
}
56
Bài toán CVRP
void TRY_X(int s, int k){
for(int v = 0; v <= n; v++){
if(checkX(v,k)){
x[s] = v;
visited[v] = 1; load[k] += d[v]; segments++;
if(v > 0) TRY_X(v,k);
else{
if(k == K){
if(segments == n+nbRoutes) solution();
}else TRY_X(y[k+1],k+1);
}
segments--; load[k] -= d[v]; visited[v] = 0;
}
}
}
57
Bài toán CVRP
int checkY(int v, int k){
if(v == 0) return 1;
if(load[k] + d[v] > Q) return 0;
return !visited[v];
}
58
Bài toán CVRP
void TRY_Y(int k){
for(int v = y[k-1] + 1; v <= n; v++){// 0 < y[1] < y[2] < . . . . < y[K]
if(checkY(v,k)){
y[k] = v;
segments += 1;
visited[v] = 1; load[k] += d[v];
if(k < K){
TRY_Y(k+1);
}else{
nbRoutes = segments;
TRY_X(y[1],1);// du bo y[1],...,y[K], bat dau duyet cho diem tiep
// theo cua y[1]
}
load[k] -= d[v]; visited[v] = 0;
segments -= 1;
}
}
}59
Bài toán CVRP
void solve(){
for(int v = 1; v <= n; v++) visited[v] = 0;
y[0] = 0;
ans = 0;
TRY_Y(1);
printf(“Number of solutions = %d",ans);
}
int main(){
input();
solve();
}
60
Thuật toán nhánh và cận
Một trong số các phương pháp giải bài toán tối ưu tổ
hợp
Dùng đệ quy quay lui để duyệt toàn bộ không gian lời giải
Dùng kỹ thuật phân tích đánh giá cận để cắt bớt nhánh
tìm kiếm không có ích
61
Thuật toán nhánh và cận
62
Bài toán tối ưu tổ hợp
Phương án x = (x1, x2, , xn) trong đó xi Ai cho trước
Phương án thoả mãn ràng buộc C
Hàm mục tiêu f(x) → min (max)
Thuật toán nhánh và cận
63
x1 = v1 x1 = v2
x1 = vk
f* =
. . . . . . . .
. . . .
. . . .
. . . .
Cập nhật kỷ lục
f*
Xét bài toán tìm MIN
• Phân tích cận: hàm cận dưới
g phụ thuộc vào phươn án
bộ phận đang có: f g
• Nếu g f* thì không phát
triển tiếp lời giải từ đây
Thuật toán nhánh và cận
64
Duyệt nhánh và cận:
Phương án bộ phận (a1,, ak)
trong đó a1 gán cho x1, ak gán
cho xk
Phương án (a1,, ak, bk+1,,bn)
là một phương án đầy đủ được
phát triển từ (a1,,ak) trong đó
bk+1 gán cho xk+1,, bn được gán
cho xn
Với mỗi phương án bộ phận
(x1,, xk), hàm cận dưới g(x1,,
xk) có giá trị không lớn hơn giá trị
hàm mục tiêu của phương án
đầy đủ phát triển từ (x1,,xk)
Nếu g(x1,,xk) f
* thì không phát
triển lời giải từ (x1,,xk)
TRY(k) {
Foreach v thuộc Ak
if check(v,k) {
xk = v;
if(k = n) {
ghi_nhan_cau_hinh;
cập nhật kỷ lục f*;
} {
if g(x1,,xk) < f
*
TRY(k+1);
}
}
}
Main()
{ f* = ;
TRY(1);
}
Thuật toán nhánh và cận
65
Bài toán TSP
cm là chi phí nhỏ nhất trong số các
chi phí đi giữa 2 thành phố khác
nhau
Phương án bộ phận (x1,, xk)
Chi phí bộ phận ҧ𝑓 = c(x1, x2) + c(x2, x3)
+ + c(xk-1, xk)
Hàm cận dưới
g(x1,, xk) = ҧ𝑓 + cm(n-k+1)
Hàm mục tiêu f của các lời giải pháp
triển từ lời giải hiện tại
f g(x1,, xk)
x1
x2
x3
xk
.
.
.
Thuật toán nhánh và cận
66
void TRY(int k){
for(int v = 1; v <= n; v++){
if(marked[v] == false){
x[k] = v;
f = f + c[x[k-1]][x[k]];
marked[v] = true;
if(k == n){
solution();
}else{
int g = f + cmin*(n-k+1);
if(g < f_min)
TRY(k+1);
}
marked[v] = false;
f = f - c[x[k-1]][x[k]];
}
}
}
void solution() {
if(f + c[x[n]][x[1]] < f_min){
f_min = f + c[x[n]][x[1]];
}
}
void main() {
f_min = 9999999999;
for(int v = 1; v <= n; v++)
marked[v] = false;
x[1] = 1; marked[1] = true;
f = 0;
TRY(2);
}
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- bai_giang_thuat_toan_ung_dung_chuong_3_de_quy_quay_lui_pham.pdf