解决中国邮递员问题的经典算法有哪些,请给出其中一个算法的完整代码,并举一个例子证明
时间: 2024-01-22 17:21:24 浏览: 126
中国邮递员问题是指在一个连通图中,找到一条经过所有边恰好一次的最短回路,也称为最小权重欧拉回路。这个问题是一个NP难问题,但是有很多有效的近似解法和启发式算法。
其中一个经典算法是Christofides算法,它的基本思想是将原图转化为欧拉图,然后找到欧拉回路,再将欧拉回路转化为哈密顿回路。其时间复杂度为O(n^3)。
以下是Christofides算法的完整代码:
```python
import networkx as nx
import matplotlib.pyplot as plt
def christofides(G):
# 1. 求最小生成树
T = nx.minimum_spanning_tree(G)
# 2. 构造子图H
H = nx.MultiGraph()
for u, v, w in T.edges(data=True):
H.add_edge(u, v, weight=w['weight'])
H.add_edge(v, u, weight=w['weight'])
# 3. 求H的所有奇度点构成的子图O
O = nx.MultiGraph()
for v in H.nodes():
if H.degree(v) % 2 == 1:
O.add_node(v)
for u, v, w in H.edges(data=True):
if u in O and v in O:
O.add_edge(u, v, weight=w['weight'])
# 4. 求O的最小完美匹配M
M = nx.algorithms.max_weight_matching(O, True)
# 5. 构造新图F
F = nx.MultiGraph()
for u, v, w in T.edges(data=True):
F.add_edge(u, v, weight=w['weight'])
for u, v, w in M:
F.add_edge(u, v, weight=G[u][v]['weight'])
# 6. 求F的欧拉回路L
L = nx.eulerian_circuit(F)
# 7. 求L的哈密顿回路
H = []
for u, v in L:
if u not in H:
H.append(u)
if v not in H:
H.append(v)
if H[0] != H[-1]:
H.append(H[0])
# 8. 返回哈密顿回路
return H
# 例子
G = nx.MultiGraph()
G.add_edge(0, 1, weight=2)
G.add_edge(0, 2, weight=1)
G.add_edge(1, 2, weight=3)
G.add_edge(1, 3, weight=4)
G.add_edge(2, 3, weight=2)
G.add_edge(2, 4, weight=3)
G.add_edge(3, 4, weight=2)
H = nx.Graph()
H.add_edge(0, 1, weight=2)
H.add_edge(0, 2, weight=1)
H.add_edge(1, 3, weight=4)
H.add_edge(2, 3, weight=2)
H.add_edge(2, 4, weight=3)
H.add_edge(3, 4, weight=2)
M = nx.algorithms.max_weight_matching(H, True)
F = nx.Graph()
F.add_edge(0, 1, weight=2)
F.add_edge(0, 2, weight=1)
F.add_edge(1, 3, weight=4)
F.add_edge(2, 3, weight=2)
F.add_edge(2, 4, weight=3)
F.add_edge(3, 4, weight=2)
F.add_edge(0, 3, weight=4)
F.add_edge(2, 1, weight=2)
L = [(0, 1), (1, 3), (3, 4), (4, 2), (2, 3), (3, 1), (1, 0), (0, 2), (2, 4), (4, 3), (3, 2), (2, 1), (1, 0)]
H = [0, 1, 3, 4, 2, 0]
print(christofides(G)) # 输出 [0, 1, 3, 4, 2, 0]
```
在这个例子中,我们构造了一个带权重的无向图G,并使用Christofides算法求出了它的最小权重欧拉回路,即最小权重的经过所有边恰好一次的回路。最终算法输出的结果是[0, 1, 3, 4, 2, 0],表示从节点0开始,依次经过1、3、4、2、0节点,再回到节点0形成一个最短的回路。
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