输入:待排列的全部圆的半径R集合,圆的总数n 输出:最小圆排列距离Vmin,最优排列方案Path 算法: 1. 令Vmin为一个理论上绝对足够长的距离, Path=[] 2. 令ANode=zeros(n+1,n), ANode(1,:)=1:n, ANode(n+1,:)=1 (最后一行记录X中已确定部分数量) 3. 根据ANode(:,1)的信息计算出AVal和ABound(利用代价函数)对应的值 4. 当ANode非空时循环 5. --令AVal中最小值下标为loc, 则令X=ANode(1:n,loc), k=ANode(n+1,loc) 6. --如果ABound(loc)小于Vmin 7. ----对X(k+1)={1,2,...,n}-{X(1),X(2),...,X(k)}进行循环 8. ------如果k+1小于n, 即X(1:(k+1))为非叶结点 9. --------令lb为由X的前k+1个部分信息利用代价函数计算出的ABound的值 10. --------若lb小于Vmin,则把[X;k+1]加入ANode,把X对应的当前价值加入AVal,把lb加入Abound 11. ------否则 12. --------计算X的当前价值,并确定是否更新Vmin和Path 13. --从ANode中删去第loc列,从AVal中删去第loc个元素,从ABound中删去第loc个元素写出其对应的Matlab 程序
时间: 2024-02-09 07:12:14 浏览: 115
根据题目描述,我们可以使用分支定界法求解最小圆排列距离和最优排列方案。具体实现如下:
```matlab
function [Vmin, Path] = calc_circle_arrange_distance(R, n)
% 输入: 待排列的全部圆的半径R集合,圆的总数n
% 输出: 最小圆排列距离Vmin,最优排列方案Path
% 初始化
Vmin = inf;
Path = [];
% 初始化 ANode
ANode = zeros(n+1, n);
ANode(1,:) = 1:n;
ANode(n+1,:) = 1;
% 计算 AVal 和 ABound
AVal = zeros(1, n);
ABound = zeros(1, n);
for i = 1:n
X = ANode(1:n, i);
k = ANode(n+1, i);
[AVal(i), ABound(i)] = calc_circle_arrange_cost(X, k, R);
end
% 分支定界
while any(ANode)
% 找到 AVal 中最小值
[val, loc] = min(AVal);
X = ANode(1:n, loc);
k = ANode(n+1, loc);
lb = ABound(loc);
% 如果 ABound(loc) 小于 Vmin
if lb < Vmin
% 对 X(k+1)={1,2,...,n}-{X(1),X(2),...,X(k)} 进行循环
for i = setdiff(1:n, X)
% 如果 X(1:(k+1)) 为非叶结点
if k+1 < n
Y = [X; i];
[val, bound] = calc_circle_arrange_cost(Y, k+1, R);
if bound < Vmin
% 把 [X;k+1] 加入 ANode
ANode(1:n, end+1) = Y;
ANode(n+1, end) = k + 1;
% 把 X 对应的当前价值加入 AVal
AVal(end+1) = val;
% 把 lb 加入 ABound
ABound(end+1) = bound;
end
else
% 计算 X 的当前价值
val = calc_circle_arrange_length(X, n, R);
% 确定是否更新 Vmin 和 Path
if val < Vmin
Vmin = val;
Path = X;
end
end
end
end
% 从 ANode 中删除第 loc 列
ANode(:, loc) = [];
% 从 AVal 中删除第 loc 个元素
AVal(loc) = [];
% 从 ABound 中删除第 loc 个元素
ABound(loc) = [];
end
end
function [val, bound] = calc_circle_arrange_cost(X, k, R)
% 计算圆排列的价值和下界
n = length(R);
if k == n
val = calc_circle_arrange_length(X, n, R);
bound = val;
else
val = R(X(1)) + 2 * sum(sqrt(R(X(1:k)) .* R(X(2:k+1)))) + calc_circle_arrange_length(X(k+1:n), n-k, R);
bound = val + calc_circle_arrange_bound(X, k, n, R);
end
end
function bound = calc_circle_arrange_bound(X, k, n, R)
% 计算圆排列的下界
if k == n-1
bound = R(X(k+1));
else
d = R(X(k+1)) + R(X(k+2)) + sqrt(R(X(k+1)) * R(X(k+2)));
for i = k+3:n
d = d + R(X(i)) + sqrt(R(X(i-1)) * R(X(i)));
end
bound = d;
end
end
function val = calc_circle_arrange_length(X, n, R)
% 计算圆排列的长度
val = R(X(1)) + 2 * sum(sqrt(R(X(1:n-1)) .* R(X(2:n)))) + R(X(n));
end
```
其中,`calc_circle_arrange_cost` 函数用于计算圆排列的价值和下界,`calc_circle_arrange_bound` 函数用于计算圆排列的下界,`calc_circle_arrange_length` 函数用于计算圆排列的长度。在分支定界的过程中,我们维护了一个 ANode 矩阵,其中每一列对应一个排列方案,第一行到第 n 行是排列方案中每个圆的编号,第 n+1 行是已确定部分的数量。同时,我们还维护了 AVal 和 ABound 两个向量,分别对应排列方案的价值和下界。我们从 AVal 中选取最小值,根据对应的排列方案进行分支,并更新 ANode、AVal 和 ABound。在计算完成后,Vmin 和 Path 分别表示最小圆排列距离和最优排列方案。
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