用Tabu Search(禁忌搜索)java代码实现图染色问题

时间: 2024-06-01 08:11:42 浏览: 85
//定义节点类 class Node{ int id; //节点ID int color; //节点颜色 List<Node> neighbors; //邻居节点列表 public Node(int id){ this.id = id; this.color = -1; //初始时节点颜色为-1 neighbors = new ArrayList<Node>(); } //添加邻居节点 public void addNeighbor(Node neighbor){ neighbors.add(neighbor); } } //定义图类 class Graph{ List<Node> nodes; //节点列表 int maxColors; //最大颜色数 public Graph(int maxColors){ this.maxColors = maxColors; nodes = new ArrayList<Node>(); } //添加节点 public void addNode(Node node){ nodes.add(node); } } //定义禁忌搜索类 class TabuSearch{ int tabuTenure; //禁忌期 int maxIterations; //最大迭代次数 Graph graph; //图 int[][] tabuList; //禁忌表 int[] bestSolution; //最优解 int bestObjective; //最优目标函数值 public TabuSearch(int tabuTenure, int maxIterations, Graph graph){ this.tabuTenure = tabuTenure; this.maxIterations = maxIterations; this.graph = graph; tabuList = new int[graph.nodes.size()][graph.maxColors]; bestSolution = new int[graph.nodes.size()]; bestObjective = Integer.MAX_VALUE; } //初始化解 private void initialSolution(){ for(Node node : graph.nodes){ int color = (int)(Math.random() * graph.maxColors); //随机分配颜色 node.color = color; bestSolution[node.id] = color; } bestObjective = evaluateSolution(bestSolution); //计算目标函数值 } //计算目标函数值 private int evaluateSolution(int[] solution){ int conflicts = 0; for(Node node : graph.nodes){ for(Node neighbor : node.neighbors){ if(solution[node.id] == solution[neighbor.id]){ //如果节点颜色与邻居节点颜色相同 conflicts++; } } } return conflicts; } //选择邻域解 private int[] selectNeighbor(int[] solution, int[][] tabuList){ int[] bestNeighbor = null; int bestNeighborObjective = Integer.MAX_VALUE; for(int i = 0; i < graph.nodes.size(); i++){ Node node = graph.nodes.get(i); for(int j = 0; j < graph.maxColors; j++){ if(solution[node.id] != j){ //尝试将节点颜色改为j int[] neighbor = solution.clone(); neighbor[node.id] = j; int neighborObjective = evaluateSolution(neighbor); if(neighborObjective < bestNeighborObjective){ //选择目标函数值最小的邻域解 if(tabuList[node.id][j] == 0){ //如果邻域解不在禁忌表中,则直接选择该邻域解 bestNeighbor = neighbor; bestNeighborObjective = neighborObjective; }else{ //如果邻域解在禁忌表中,则选择禁忌期结束时间最早的邻域解 if(tabuList[node.id][j] < i){ bestNeighbor = neighbor; bestNeighborObjective = neighborObjective; } } } } } } return bestNeighbor; } //更新禁忌表 private void updateTabuList(int[] solution, int[][] tabuList, int iteration){ for(int i = 0; i < graph.nodes.size(); i++){ Node node = graph.nodes.get(i); tabuList[node.id][solution[node.id]] = iteration + tabuTenure; } } //禁忌搜索 public void search(){ initialSolution(); //初始化解 int[] currentSolution = bestSolution.clone(); //当前解 int currentObjective = bestObjective; //当前目标函数值 for(int i = 0; i < maxIterations; i++){ int[] neighbor = selectNeighbor(currentSolution, tabuList); //选择邻域解 int neighborObjective = evaluateSolution(neighbor); //计算邻域解的目标函数值 if(neighborObjective < currentObjective){ //如果邻域解的目标函数值优于当前解,则选择邻域解作为当前解 currentSolution = neighbor; currentObjective = neighborObjective; if(neighborObjective < bestObjective){ //如果邻域解的目标函数值优于最优解,则更新最优解 bestSolution = neighbor.clone(); bestObjective = neighborObjective; } } updateTabuList(currentSolution, tabuList, i); //更新禁忌表 } } } //测试代码 public class Test{ public static void main(String[] args){ Graph graph = new Graph(3); //创建一个最大颜色数为3的图 Node node1 = new Node(0); Node node2 = new Node(1); Node node3 = new Node(2); Node node4 = new Node(3); node1.addNeighbor(node2); node1.addNeighbor(node3); node2.addNeighbor(node1); node2.addNeighbor(node3); node2.addNeighbor(node4); node3.addNeighbor(node1); node3.addNeighbor(node2); node3.addNeighbor(node4); node4.addNeighbor(node2); node4.addNeighbor(node3); graph.addNode(node1); graph.addNode(node2); graph.addNode(node3); graph.addNode(node4); TabuSearch tabuSearch = new TabuSearch(5, 100, graph); //创建一个禁忌搜索对象,禁忌期为5,最大迭代次数为100 tabuSearch.search(); //执行禁忌搜索算法 for(Node node : graph.nodes){ System.out.println("Node " + node.id + " is assigned to color " + tabuSearch.bestSolution[node.id]); } System.out.println("The number of conflicts is " + tabuSearch.bestObjective); } }

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