给定一系列城市和每对城市之间的距离,求解访问每一座城市一次(选做:访问完再回到起始城市) 的最短回路。
时间: 2024-05-10 22:19:24 浏览: 7
这个问题是著名的旅行商问题(Travelling Salesman Problem,TSP)。TSP 是一个 NP 难问题,意味着没有已知的多项式时间解法。但是,对于小规模的问题,我们可以使用动态规划的方法进行求解。
假设有 $n$ 个城市,我们定义 $S$ 为一个集合,其中包含 $n-1$ 个城市。令 $d(S,i)$ 表示从起始城市出发,经过集合 $S$ 中的城市,最终到达城市 $i$ 的最短距离。我们需要求解的是 $d(\{1,2,\dots,n-1\},1)$,即从起始城市出发,经过所有城市恰好一次后回到起始城市的最短距离。
我们可以使用动态规划的方法递归地计算 $d(S,i)$。假设当前已经处理了 $S$ 中的 $k$ 个城市,令 $p$ 表示上一个被访问的城市,则有:
$$
d(S,i) = \min_{j\in S,j\ne i} d(S\backslash\{j\},j) + dist(j,i)
$$
其中 $dist(j,i)$ 表示城市 $j$ 和城市 $i$ 之间的距离。边界条件为 $d(\{i\},i)=0$。
最终,我们需要求解的是 $d(\{1,2,\dots,n-1\},1)$。这个问题的时间复杂度为 $O(n^22^n)$,因此只适用于小规模问题。对于大规模问题,我们通常需要使用启发式算法如遗传算法、模拟退火等来求解。
以下是一个 Python 实现的动态规划方法:
```python
def tsp_dp(dist):
"""
:param dist: 距离矩阵,dist[i][j] 表示城市 i 和城市 j 之间的距离
:return: 访问每一座城市一次的最短回路长度
"""
n = len(dist)
memo = [[float('inf')] * n for _ in range(1 << n)]
memo[1][0] = 0
for s in range(1 << n):
for i in range(n):
if s & (1 << i):
for j in range(n):
if j != i and s & (1 << j):
memo[s][i] = min(memo[s][i], memo[s ^ (1 << i)][j] + dist[j][i])
return memo[(1 << n) - 1][0]
```
其中,`memo[s][i]` 表示访问集合 $S$,最后到达城市 $i$ 的最短距离。`s` 是一个二进制掩码,表示当前已经访问过的城市。例如,`s=5` 表示已经访问了城市 1 和城市 3。`memo[1][0]` 表示访问只包含城市 1 的集合,最后到达城市 1 的距离为 0。最终返回的是访问所有城市一次的最短距离。