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
时间: 2024-02-09 15:13:00 浏览: 154
算法分析与设计(圆排列问题)
抱歉,我之前的回答似乎出现了问题,请容许我重新回答该问题。
根据题意,我们可以使用分支限界法解决该问题,以下是对应的 Python 程序:
```python
import numpy as np
from typing import List, Tuple
def circle_arrangement(R: List[float]) -> Tuple[float, List[int]]:
n = len(R)
Vmin = float('inf')
Path = []
# 初始化 ANode, AVal, ABound
ANode = np.zeros((n+1, n), dtype=int)
ANode[0,:] = np.arange(1, n+1)
ANode[-1,:] = 1
AVal = np.full(n, np.inf)
AVal[0] = 0
ABound = np.zeros(n)
for i in range(n):
ABound[0] += 2 * R[i]
while ANode.shape[1] > 0:
# 找到 AVal 中的最小值
loc = np.argmin(AVal)
X = ANode[:-1, loc]
k = ANode[-1, loc]
# 如果 ABound(loc) 小于 Vmin,进行扩展
if ABound[loc] < Vmin:
for i in set(range(1, n+1)) - set(X[:k]):
if k < n:
# 计算 lb
lb = ABound[loc] + 2 * R[i-1] + calc_bound(X, k+1, R)
if lb < Vmin:
# 扩展节点
X[k] = i
ANode_new = np.zeros((n+1, ANode.shape[1]+1), dtype=int)
ANode_new[:-1,:-1] = ANode[:,:loc]
ANode_new[:-1,-1] = X
ANode_new[-1,-1] = k+1
ANode_new[:,:-1] = ANode[:,loc:]
ANode = ANode_new
AVal = np.concatenate([AVal[:loc], [AVal[loc] + calc_dist(X[k-1], i, R)], AVal[loc+1:]])
ABound = np.concatenate([ABound[:loc], [lb], ABound[loc+1:]])
else:
# 计算当前价值
val = AVal[loc] + calc_dist(X[k-1], i, R) + R[i-1]
if val < Vmin:
# 更新 Vmin 和 Path
Vmin = val
Path = X + [i]
# 从 ANode, AVal, ABound 中删除 loc 对应的列/元素
ANode = np.delete(ANode, loc, axis=1)
AVal = np.delete(AVal, loc)
ABound = np.delete(ABound, loc)
return Vmin, [x-1 for x in Path]
# 计算代价函数
def calc_bound(X: List[int], k: int, R: List[float]) -> float:
bound = 0
for i in range(k):
for j in range(i+1, k):
bound += calc_dist(X[i], X[j], R)
return bound
# 计算两圆心之间的距离
def calc_dist(i: int, j: int, R: List[float]) -> float:
return np.sqrt((R[i-1] + R[j-1])**2 - (R[i-1] - R[j-1])**2)
```
具体来说,我们首先初始化 ANode、AVal 和 ABound。其中 ANode 是一个 n+1 行 m 列的矩阵,第一行到第 n 行分别记录了当前排列下每个圆的下标,第 n+1 行记录了当前已确定的圆的数量。AVal 是一个长度为 m 的数组,记录了每个节点的当前代价函数值。ABound 是一个长度为 m 的数组,记录了每个节点的下界(即代价函数的下界)。
我们使用类似于 BFS 的方式进行搜索。每次从 AVal 中找到最小值对应的节点,进行扩展。如果该节点的下界小于当前的 Vmin,我们对其进行扩展。扩展时,我们枚举下一个圆的下标,如果当前排列不是叶节点,我们计算该节点的下界 lb,如果 lb 小于 Vmin,就将该节点加入到 ANode 中,并更新对应的 AVal 和 ABound。如果当前排列是叶节点,我们计算该排列的代价函数值,如果小于 Vmin,就更新 Vmin 和 Path。最后从 ANode、AVal、ABound 中删除扩展过的节点即可。
其中,calc_bound 函数用于计算 X 的前 k 个圆的下标对应的排列的下界;calc_dist 函数用于计算第 i 个圆和第 j 个圆之间的距离。
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