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 编写对应的关于圆排列问题的matlab程序

时间: 2024-02-12 12:03:30 浏览: 22
以下是一个MATLAB程序,实现了上述算法来解决圆排列问题: ```matlab function [Vmin, Path] = CircleArrangement(R) % 输入:R为待排列的圆的半径集合 % 输出:Vmin为最小圆排列距离,Path为最优排列方案 % 代价函数为最大相邻圆的重叠面积 % 圆的数量 n = length(R); % 令Vmin为一个足够大的距离 Vmin = n * max(R); % 初始化ANode、AVal、ABound ANode = zeros(n+1, n); AVal = inf(1, n); ABound = inf(1, n); % 第一列为初始状态 ANode(:, 1) = [1:n, 0]'; ABound(1) = Vmin; while ~isempty(ANode) % 找到AVal最小的节点 [val, loc] = min(AVal); X = ANode(1:n, loc); k = ANode(n+1, loc); % 如果ABound小于Vmin if ABound(loc) < Vmin % 对X(k+1)进行循环 for i = setdiff(1:n, X(1:k)) if k+1 < n % 计算下一层节点的下界 lb = CalcBound(R, [X; i], k+1, n); if lb < Vmin % 添加新的节点 ANode(:, end+1) = [X; i; k+1]; AVal(end+1) = CalcCost(R, [X; i], k+1); ABound(end+1) = lb; end else % 计算当前节点的代价 cost = CalcCost(R, [X; i], k+1); if cost < Vmin % 更新Vmin和Path Vmin = cost; Path = [X; i]; end end end end % 从ANode中删除节点 ANode(:, loc) = []; AVal(loc) = []; ABound(loc) = []; end end function cost = CalcCost(R, X, k) % 计算当前排列的代价 % 代价函数为最大相邻圆的重叠面积 n = length(X); cost = 0; for i = 1:n j = mod(i, n) + 1; % 计算圆i和圆j之间的距离 d = sqrt(sum((R(X(i)) + R(X(j)))^2)); % 计算相邻圆的重叠面积 overlap = max(0, R(X(i))^2 + R(X(j))^2 - d^2) / 4; cost = max(cost, overlap); end end function lb = CalcBound(R, X, k, n) % 计算下一层节点的下界 % 前k+1个部分已经排好序 sortedR = sort(R(X(1:k+1))); % 计算当前排列的代价 % 取最后一对相邻圆的重叠面积作为下界 lb = max(0, sortedR(end)^2 + sortedR(end-1)^2 - (sortedR(end) + sortedR(end-1))^2) / 4; % 计算后面未排序的圆的最小重叠面积 if k+1 < n minOverlap = inf; for i = setdiff(1:n, X(1:k+1)) overlap = max(0, sortedR(end)^2 + R(i)^2 - (sortedR(end) + R(i))^2) / 4; minOverlap = min(minOverlap, overlap); end lb = lb + minOverlap; end end ``` 该程序的主函数为`CircleArrangement`,接受一个圆半径的集合R作为输入,返回最小圆排列距离Vmin和最优排列方案Path。 算法使用了一个代价函数,即最大相邻圆的重叠面积。通过计算每个节点的代价和下界,以及采用剪枝策略,可以大大减少搜索空间的大小,从而获得更快的计算速度。

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