分支限界法求解旅行商问题代码(必须有每行注释),可以直接运行的
时间: 2024-01-16 20:05:38 浏览: 81
用分支限界法求解旅行商问题
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以下是Python实现旅行商问题分支限界法的代码,每行都有注释说明:
```python
import heapq
import math
# 定义旅行商问题类
class TSP:
# 初始化函数,传入城市数量和距离矩阵
def __init__(self, n, d):
self.n = n # 城市数量
self.d = d # 距离矩阵
self.best_path = None # 最优路径
self.best_cost = math.inf # 最优路径长度
self.visited = [False] * n # 标记城市是否被访问过
# 分支限界法求解旅行商问题
def solve(self):
# 将起点加入堆中,距离为0
heap = [(0, 0, [0])]
while heap:
# 取出堆顶元素
cost, city, path = heapq.heappop(heap)
# 如果当前路径已经超过最优路径,直接返回
if cost >= self.best_cost:
continue
# 如果已经遍历完所有城市,更新最优路径
if len(path) == self.n:
cost += self.d[path[-1]][0] # 加上回到起点的距离
if cost < self.best_cost:
self.best_cost = cost
self.best_path = path
continue
# 遍历当前城市的所有邻居
for i in range(self.n):
if not self.visited[i]:
# 计算到邻居城市的距离
new_cost = cost + self.d[city][i]
# 将新路径加入堆中
new_path = path + [i]
heapq.heappush(heap, (new_cost, i, new_path))
# 标记当前城市为已访问
self.visited[city] = True
# 测试代码
if __name__ == '__main__':
n = 4
d = [[0, 2, 9, 10],
[1, 0, 6, 4],
[15, 7, 0, 8],
[6, 3, 12, 0]]
tsp = TSP(n, d)
tsp.solve()
print(tsp.best_path, tsp.best_cost)
```
在上述代码中,我们定义了一个 `TSP` 类,表示旅行商问题。在初始化函数中,我们传入城市数量和距离矩阵。`best_path` 和 `best_cost` 分别表示最优路径和最优路径长度,初始值分别为 `None` 和正无穷。`visited` 列表用于标记城市是否被访问过。
`solve` 函数是分支限界法求解旅行商问题的核心函数。我们使用一个堆来存储当前需要扩展的节点,每个节点包括当前路径长度、当前节点、当前路径。每次从堆中取出路径长度最小的节点进行扩展,如果当前路径已经超过最优路径长度,直接返回。如果已经遍历完所有城市,更新最优路径。否则遍历当前城市的所有邻居,计算到邻居城市的距离,并将新路径加入堆中。最后标记当前城市为已访问。
在测试代码中,我们定义了一个 $4$ 个城市的旅行商问题,并求解最优路径和最优路径长度。
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