使用优先队列式分支限界法解决旅行商问题,优化限界条件并给出代码
时间: 2023-12-29 14:02:22 浏览: 113
旅行商问题是一个NP-hard问题,因此需要使用一些高效的算法来解决。分支限界法是一种常见的求解此类问题的方法之一。下面给出使用优先队列式分支限界法解决旅行商问题的思路和代码。
思路:
1. 定义状态:定义旅行商问题的状态,包括已经走过的路径、当前节点、当前路径长度等信息。
2. 定义限界条件:对于当前状态,计算出它的下界(也就是当前状态下可能的最小路径长度),并与当前得到的最小路径长度进行比较。如果当前状态的下界已经大于已经得到的最小路径长度,则可以剪枝。
3. 扩展状态:对于当前状态,获取它的子状态,也就是从当前节点出发可以到达的所有节点,计算出它们的路径长度,并将这些子状态插入到优先队列中。
4. 取出优先队列中最小的状态,重复执行第2步、第3步。
5. 当所有状态都被扩展完毕时,输出最小路径长度。
代码实现:
```python
import heapq
class State:
def __init__(self, path, node, length):
self.path = path
self.node = node
self.length = length
def __lt__(self, other):
return self.length < other.length # 用于优先队列的比较
def tsp(graph):
n = len(graph)
visited = [False] * n
visited[0] = True
q = []
for i in range(1, n):
heapq.heappush(q, State([0], i, graph[0][i]))
best = float('inf')
while q:
cur = heapq.heappop(q)
if cur.length >= best: # 限界条件
continue
if len(cur.path) == n: # 找到一条路径
cur.length += graph[cur.node][0]
if cur.length < best:
best = cur.length
else: # 扩展状态
for i in range(n):
if not visited[i]:
new_path = cur.path + [cur.node]
new_length = cur.length + graph[cur.node][i]
new_state = State(new_path, i, new_length)
heapq.heappush(q, new_state)
visited[cur.node] = True
return best
```
代码解释:
1. `State` 类表示一个状态,包括已经走过的路径、当前节点、当前路径长度等信息。`__lt__` 方法用于优先队列的比较,我们需要让优先队列按照路径长度从小到大排序。
2. `tsp` 函数实现了优先队列式分支限界法。首先初始化一些变量,将所有从起点出发可以到达的节点插入到优先队列中。然后不断从优先队列中取出最小的状态,判断是否满足限界条件,如果满足则剪枝,否则扩展状态并将子状态插入到优先队列中。如果找到一条路径,则更新最小路径长度。最后返回最小路径长度。
以上就是使用优先队列式分支限界法解决旅行商问题的思路和代码。
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