近似算法:NP-hard优化问题的多项式时间设计概览

需积分: 10 0 下载量 91 浏览量 更新于2024-07-27 收藏 843KB PDF 举报
本资源是一本关于近似算法的教材,由Vijay Vazirani撰写,收录于佐治亚理工学院的计算机科学学院。这本书旨在介绍如何设计在多项式时间内求解NP完全优化问题的近似算法,对于计算机科学特别是理论计算机科学领域具有重要意义。 章节内容涵盖了多个核心主题,包括: 1. **组合算法**:这部分探讨了集合覆盖问题及其应用,例如寻找最短超级字符串,这是通过组合优化技术解决的经典问题,涉及最小化覆盖元素数量以达到给定目标。 2. **度量空间中的Steiner树和TSP(旅行商问题)**:这些是图论中的经典问题,Steiner树涉及在图中添加最少边以连接特定的一组顶点,而TSP则涉及寻找访问所有顶点一次且总距离最小的路径。近似算法为这类问题提供了高效但不一定是最优的解决方案。 3. **多边形切割和k-cut问题**:涉及在多边形内部或边界上划分,以减少区域间的连接成本,常用于设施定位和网络设计。 4. **反馈 Vertex Set**:研究的是如何在一个图中删除最少的顶点,使得剩下的图成为森林,这是一种重要的图论问题,也与网络设计和故障恢复策略有关。 5. **最短超级字符串和背包问题**:前者涉及找到一个字符串序列,使其包含所有其他字符串,而后者则是优化选择物品以满足容量限制,同时最大化价值。 6. **最小Makespan调度**:在资源分配问题中,力求在给定时间窗口内完成任务,找到最小的总工作时间安排。 7. **线性规划(LP)基础算法**:这部分介绍了如何利用线性规划的原理设计近似算法,包括LP对偶性分析,以及 primal-dual方法在多连通图中的应用,如Multicut问题。 8. **稀疏割问题**:研究的是最小化图中割的权重,它在通信网络设计和数据传输效率中扮演关键角色。 这本书通过一系列实际问题的探讨,展示了如何将复杂优化问题转化为可计算的近似解,为理解计算机科学中的优化难题提供了一种实用的理论框架。对于想要深入学习近似算法和求解复杂问题的学生和研究人员来说,这是一本不可或缺的参考书。