MATLAB GUI实现TSP分支定界算法演示及案例分析

需积分: 10 3 下载量 179 浏览量 更新于2024-12-10 收藏 16KB ZIP 举报
资源摘要信息:"本资源为一个在MATLAB环境下开发的演示程序,专注于旅行商问题(Traveling Salesman Problem,简称TSP)的解决方法之一——分支定界算法。该算法是一种用于求解组合优化问题的高效方法,特别适用于TSP这种NP-hard问题。在这个演示中,用户可以观察到不同分支定界算法的执行过程,包括最近邻和匈牙利方法(Munkres算法)的单个步骤。 分支定界算法是一种通过将问题分解为更小的子问题并逐一解决这些子问题,从而找到全局最优解的方法。在TSP中,该算法通常以树状结构表示,树中的每个节点代表问题的一个可能解。算法会逐步“分支”探索这些可能解,并通过“定界”策略剪枝,即去除那些不可能产生最优解的分支,从而提高算法效率。 最近邻算法是解决TSP问题的一种启发式方法,它从一个城市开始,逐步增加距离最短的城市到旅行路径中,直到访问了所有城市。尽管该方法简单且执行速度快,但通常不能保证找到最优解。Munkres算法,也称为匈牙利算法,是一种专门为解决指派问题(assignment problem)而设计的多项式时间复杂度算法。在TSP中,它可以用来优化路径选择,确保找到成本最低的路径。 演示程序中的GUI(图形用户界面)允许用户看到算法的执行树,并可以选择查看更多或更少的细节。这有助于用户更直观地理解算法的运作方式和不同分支策略的影响。此外,该程序还提供了4个具体的示例,并支持用户输入自己的TSP问题实例进行求解。不过需要注意的是,由于算法的复杂度和效率问题,该程序并不适合处理大于9x9规模的矩阵。 本资源的压缩包文件名为Branch_and_bound_for_TSP_tutorial.zip,包含了MATLAB程序文件和相关说明文档,方便用户下载和使用。通过这个资源,用户不仅可以学习到分支定界算法在TSP中的应用,还能通过实际操作和观察加深对算法的理解。这对于学习和研究组合优化问题,尤其是TSP问题的求解,有着重要的帮助作用。"
2010-05-08 上传
支限界法类又称为剪枝限界法或分支定界法,它类似于回溯法,也是一种在问题的解空间树T上搜索问题解的算法。它与回溯法有两点不同:①回溯法只通过约束条件剪去非可行解,而分支限界法不仅通过约束条件,而且通过目标函数的限界来减少无效搜索,也就是剪掉了某些不包含最优解的可行解。②在解空间树上的搜索方式也不相同。回溯法以深度优先的方式搜索解空间树,而分支限界法则以广度优先或以最小耗费优先的方式搜索解空间树。分支限界法的搜索策略是:在扩展结点处,先生成其所有的儿子结点(分支),然后再从当前的活结点表中选择下一个扩展结点。为了有效地选择下一扩展结点,以加速搜索的进程, 在每一活结点处,计算一个函数值(限界),并根据这些已计算出的函数值,从当前活结点表中选择一个最有利的结点作为扩展结点,使搜索朝着解空间树上有最优解的分支推进,以便尽快地找出一个最优解。 从活结点表中选择下一扩展结点的不同方式导致不同的分支限界法。最常见的有以下两种方式: ①队列式(FIFO)分支限界法:队列式分支限界法将活结点表组织成一个队列,并按队列的先进先出原则选取下一个结点为当前扩展结点。 ②优先队列式分支限界法:优先队列式分支限界法将活结点表按照某个估值函数C(x)的值组织成一个优先队列,并按优先队列中规定的结点优先级选取优先级最高的下一个结点成为当前扩展结点。 影响分支限界法搜索效率的有两个主要因素:一是优先队列Q的优先级由C(x)确定,它能否保证在尽可能早的情况下找到最优解,如果一开始找到的就是最优解,那么搜索的空间就能降低到最小。二是限界函数u(x),它越严格就越可能多地剪去分支,从而减少搜索空间。 在用分支限界法解决TSP问题时,有不少很好的限界函数和估值函数已经构造出来出了(限于篇幅,这里不做详细介绍), 使得分支限界法在大多数情况下的搜索效率大大高于回溯法。但是,在最坏情况下,该算法的时间复杂度仍然是O(n!),而且有可能所有的(n-1)!个结点都要存储在队列中。 近似算法是指不能肯定找到最优解的算法,但通常找到的也是比较好的解,或称近似最优解。[20]一般而言,近似算法的时间复杂度较低,通常都是多项式时间内的。由于近似算法的时间效率高,所以在实际应用中,主要是使用近似算法,这一类算法也一直是研究的主要对象。传统的近似算法以采用贪心策略和局部搜索为主,而几十年来,随着以遗传算法为代表的新型启发式搜索算法的逐步完善,在解决TSP问题上获得了巨大的成功。遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法等已经成为公认的好算法。在本节中,将介绍传统的近似算法。