Ch07-常用算法课程

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1、ch07*分支限界法••7.17.1分支限界法的基本思想分支限界法的基本思想••7.27.2单源最短路径问题单源最短路径问题••7.37.3装载问题装载问题••7.47.4旅行售货员问题旅行售货员问题••7.57.5小结与练习小结与练习7.17.1分支限界法的基本思想分支限界法的基本思想•分支限界法与回溯法分支限界法类似于回溯法，都是在问题的解空间上搜索问题解的算法。但它们有一些不同点。求解目标：回溯法的求解目标是找出解空间树中满足约束条件的所有解，而分支限界法的求解目标则是找出满足约束条件的一个解，或是在满足约束条件的解中找出在某种意义下的最优解。搜索方式的不同：

2、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。•搜索策略在扩展结点处，先生成其所有的儿子节点（分支），然后再从当前的活结点表中选择下一个扩展结点。为了有效的选择下一个扩展结点，加快搜索进程，在每一活结点处计算一个函数值（限界），并根据函数值，从当前活结点表中选择一个最有利的结点作为扩展结点，使搜索朝着解空间上有最优解的分支推进，以便尽快找到一个最优解。注意：在分支限界法中，每一个活结点只有一次机会成为扩展结点。活结点一旦成为扩展结点，就一次性产生其所有儿子结点。在这些儿子结点中，导致不可行解或导致非最优解的儿子结点被

3、舍弃，其余儿子结点被加入活结点表中。此后，从活结点表中取下一结点成为当前扩展结点，并重复上述结点扩展过程。这个过程一直持续到找到所需的解或活结点表为空时为止。•常见的两种分支限界法队列式(FIFO)分支限界法按照队列先进先出（FIFO）原则选取下一个节点为扩展节点。优先队列式分支限界法按照优先队列中规定的优先级选取优先级最高的节点成为当前扩展节点。7.27.2单源最短路径问题单源最短路径问题•问题描述下面以一个例子来说明单源最短路径问题：在下图所给的有向图G中，每一边都有一个非负边权。要求图G的从源顶点s到目标顶点t之间的最短路径。•解空间树下图是用优先队列式分支限

4、界法解有向图G的单源最短路径问题产生的解空间树。其中，每一个结点旁边的数字表示该结点所对应的当前路长。•算法思想解单源最短路径问题的优先队列式分支限界法用一极小堆来存储活结点表。其优先级是结点所对应的当前路长。算法从图G的源顶点s和空优先队列开始。结点s被扩展后，它的儿子结点被依次插入堆中。此后，算法从堆中取出具有最小当前路长的结点作为当前扩展结点，并依次检查与当前扩展结点相邻的所有顶点。如果从当前扩展结点i到顶点j有边可达，且从源出发，途经顶点i再到顶点j的所相应的路径的长度小于当前最优路径长度，则将该顶点作为活结点插入到活结点优先队列中。这个结点的扩展过程一直继

5、续到活结点优先队列为空时为止。•剪枝策略在算法扩展结点的过程中，一旦发现一个结点的下界不小于当前找到的最短路长，则算法剪去以该结点为根的子树。在算法中，利用结点间的控制关系进行剪枝。从源顶点s出发，2条不同路径到达图G的同一顶点。由于两条路径的路长不同，因此可以将路长长的路径所对应的树中的结点为根的子树剪去。•实现算法//搜索问题的解空间while(true){for(intj=1;j<=n;j++)if((c[E.i][j]

6、h+c[E.i][j];顶点i和j间有边，且此路prev[j]=E.i;径长小于原先从原点到j的//加入活结点优先队列路径长MinHeapNodeN;N.i=j;N.length=dist[j];H.Insert(N);}try{H.DeleteMin(E);}//取下一扩展结点catch(OutOfBounds){break;}//优先队列空}}7.37.3装载问题装载问题•问题描述有一批共个集装箱要装上2艘载重量分别为C1和C2的n轮船，其中集装箱i的重量为Wi，且wic1c2。i1装载问题要求确定是否有一个合理的装载方案可将这个集装箱装上这

7、2艘轮船。如果有，找出一种装载方案。容易证明：如果一个给定装载问题有解，则采用下面的策略可得到最优装载方案。(1)首先将第一艘轮船尽可能装满；(2)将剩余的集装箱装上第二艘轮船。•队列式分支限界法概要在后面的算法的while循环中，首先检测当前扩展结点的左儿子结点是否为可行结点。如果是则将其加入到活结点队列中。然后将其右儿子结点加入到活结点队列中(右儿子结点一定是可行结点)。2个儿子结点都产生后，当前扩展结点被舍弃。活结点队列中的队首元素被取出作为当前扩展结点，由于队列中每一层结点之后都有一个尾部标记-1，故在取队首元素时，活结点队列一定不空。当取出的元素是-1