斯坦纳最小树
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图的steiner最小树问题及其求解摘要:斯坦纳树问题是组合优化学科中的一个问题。
属于NP-难问题,即无法在多项式时间内得到最优解。
本文主要讨论了图的steiner最小树问题,并给出了近似算法,该算法是在破圈法的基础上进行了改进,并且引用了agent的思想。
最后对算法进行了分析。
关键词:Steiner最小树NP-难题破圈法中图分类号:TP312文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)25-7312-02Graphical Steiner Minimum Tree Problem and SolusionYANG Ling-yun(College of Computer and Information Engineering, Henan University, Kaifeng 475001,China)Abstract: Steiner tree problem is one of the subject of combinatorial optimization problem. It belongs to NP-hard problems that cann’t find the optimal solution in polynomial time. This article discusses the minimum steiner tree problem in graphs, and gives the approximate algorithm, which is improved on loop damage method, and quoted the agent's thinking. Finally, an analysis of the algorithm.Key words: steiner minimum tree; NP-hard problem; loopdamage method现实生活中经常要求解决这样的问题,即将若干给定点相连并使连线的总长最短。
最⼩斯坦纳树学习笔记定义摘⾃百度百科的定义:斯坦纳树问题是组合优化问题,与最⼩⽣成树相似,是最短⽹络的⼀种。
最⼩⽣成树是在给定的点集和边中寻求最短⽹络使所有点连通。
⽽最⼩斯坦纳树允许在给定点外增加额外的点,使⽣成的最短⽹络开销最⼩。
可以这么理解:⼀个图的⽣成树是构造⼀棵树把所有点给联通,⽽斯坦纳树则是构造⼀棵树把给定的⼏个点联通。
如同⽣成树有最⼩的⼀棵,斯坦纳树也有最⼩的。
如何求最⼩斯坦纳树,是我们今天要探讨的话题。
实现例题:Luogu P6192【模板】最⼩斯坦纳树给定⼀个包含n个结点和m条带权边的⽆向连通图G=(V,E)。
再给定包含k个结点的点集S,选出G的⼦图G′=(V′,E′),使得:S⊆V′G′为连通图;E′中所有边的权值和最⼩。
你只需要求出E′中所有边的权值和。
n≤100,m≤500,k≤10。
求最⼩斯坦纳树,我们使⽤的是状压DP。
⾸先⾮常显然的是,这个选出来的⼦图G′⼀定是个树。
令f i,S表⽰当前这个树的根为i,选出的点的集合为S(注意这⾥选出的点专指那k个点中的点),这⾥的S在 dp 中是被状压的。
第⼀种转移⽅式:f i,S=f i,T+f i,S−T (T⊆S)这种转移⽅式意义在于把⼀个根可能会连出多棵S互不相交的树,该⽅程可以合并它们。
此时这个根的度数≥1。
以下是⼀个⽰意图,其中 5,6,7 三个点属于⽬标的那k个点,3 是⽬前的i。
第⼆种转移⽅式:f i,S=f j,S+w(i,j)这种转移⽅式意义在于把⼀个根的状态转移到与他相邻的⼀个根上。
此时根i的度数=1。
⽰意图如下,其中i=1,j=3,S={5,6},橙⾊虚线代表待扩展的边 (i,j)。
Processing math: 100%考虑 dp 顺序,显然S从⼩到⼤枚举即可。
对于第⼀种转移⽅式,只需枚举S的⼦集T。
对于第⼆种转移⽅式,注意到这玩意⼉是个三⾓不等式,联想到最短路也是如此——没错,⽤最短路跑⼀遍就⾏了。
参考代码int n, m, k, f[Maxn][1 << Maxk];struct Edge {int next, to, dis;}edge[Maxm * 2];int head[Maxn], edge_num;void add_edge(int from, int to, int dis) {edge[++edge_num].next = head[from];edge[edge_num].to = to;edge[edge_num].dis = dis;head[from] = edge_num;}queue <int> Q; int dist[Maxn]; bool inq[Maxn];void SPFA(int S) {memset(inq, 0, sizeof(inq));for(int i = 1; i <= n; ++i) {dist[i] = f[i][S];if(dist[i] != 1061109567) Q.push(i), inq[i] = 1;}while(Q.size()) {int u = Q.front();Q.pop();inq[u] = 0;for(int i = head[u]; i; i = edge[i].next) {int v = edge[i].to;if(dist[v] > dist[u] + edge[i].dis) {dist[v] = dist[u] + edge[i].dis;if(!inq[v]) {inq[v] = 1;Q.push(v);}}}}for(int i = 1; i <= n; ++i) f[i][S] = dist[i];}int main() {n = read(); m = read(); k = read();int u, v, w;for(int i = 1; i <= m; ++i) {u = read(); v = read(); w = read();add_edge(u, v, w);add_edge(v, u, w);}memset(f, 63, sizeof(f));for(int i = 1; i <= k; ++i) {u = read();f[u][1 << (i - 1)] = 0;}for(int i = 1; i <= n; ++i) f[i][0] = 0;for(int S = 0; S < (1 << k); ++S) {for(int i = 1; i <= n; ++i)for(int T = S & (S - 1); T; T = S & (T - 1))f[i][S] = min(f[i][S], f[i][T] + f[i][T ^ S]);SPFA(S);}int ans = 2e9;for(int i = 1; i <= n; ++i) ans = min(ans, f[i][(1 << k) - 1]);cout << ans << endl;return 0;}例题[WC2008] 游览计划考虑把每个⽅格当成⼀个点,最⼩斯坦纳树搞它就完了。
图的steiner最小树问题及其求解作者:杨凌云来源:《电脑知识与技术》2009年第25期摘要:斯坦纳树问题是组合优化学科中的一个问题。
属于NP-难问题,即无法在多项式时间内得到最优解。
本文主要讨论了图的steiner最小树问题,并给出了近似算法,该算法是在破圈法的基础上进行了改进,并且引用了agent的思想。
最后对算法进行了分析。
关键词:Steiner最小树 NP-难题破圈法中图分类号:TP312文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)25-7312-02Graphical Steiner Minimum Tree Problem and SolusionYANG Ling-yun(College of Computer and Information Engineering, Henan University, Kaifeng 475001,China)Abstract: Steiner tree problem is one of the subject of combinatorial optimization problem. It belongs to NP-hard problems that cann’t find the optimal solution in polynomial time. This article discusses the minimum steiner tree problem in graphs, and gives the approximate algorithm, which is improved on loop damage method, and quoted the agent's thinking. Finally, an analysis of the algorithm.Key words: steiner minimum tree; NP-hard problem; loop damage method现实生活中经常要求解决这样的问题,即将若干给定点相连并使连线的总长最短。
斯坦纳树解法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分是文章的开篇部分,用于介绍主题和问题背景。
下面是一个示例:概述斯坦纳树(Steiner Tree)是图论中的一个经典问题,旨在找到一个具有最小总权重的联通子图,以连接给定一组节点。
斯坦纳树问题在实际生活中有着广泛的应用,例如通信网络设计、电力系统规划和生物信息学等领域。
本文将详细介绍斯坦纳树的概念、应用领域以及解法的基本原理。
首先,我们将给出斯坦纳树的定义和问题描述,以便读者对该问题有一个清晰的认识。
然后,我们将探讨斯坦纳树在不同领域中的应用,以展示它在实际问题中的重要性。
接下来,我们将介绍一些经典的斯坦纳树解法,包括近似算法和精确算法,并详细讨论它们的基本原理和优缺点。
通过本文的阅读,读者将能够了解斯坦纳树问题的背景和意义,掌握不同领域中的应用案例,并对斯坦纳树解法的基本原理有一定的了解。
此外,我们还将对斯坦纳树解法的优点和局限性进行讨论,并展望未来在这一领域的发展方向。
接下来,在第二节中,我们将开始具体介绍斯坦纳树的概念和应用领域。
1.2 文章结构【文章结构】本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
下面将对每个部分进行详细介绍。
1. 引言引言部分主要包括概述、文章结构和目的三个方面的内容。
在概述部分,将简要介绍斯坦纳树解法的背景和重要性。
2. 正文正文部分是文章的核心部分,主要包括斯坦纳树的概念、应用领域和解法的基本原理三个方面的内容。
2.1 斯坦纳树的概念在本小节中,将详细解释什么是斯坦纳树,斯坦纳树的定义和特点。
2.2 斯坦纳树的应用领域本小节将介绍斯坦纳树的应用领域,包括网络通信、电力系统、交通规划等方面的应用案例。
2.3 斯坦纳树解法的基本原理在本小节中,将详细介绍斯坦纳树解法的基本原理和算法,包括构建斯坦纳树的思路和具体步骤。
同时,可以提及一些经典的斯坦纳树解法算法和优化方法。
3. 结论结论部分对斯坦纳树解法的优点和局限性进行总结,并对未来的发展方向进行展望。
§3 通讯网络的最小生成树* * 无圈图称为森,连通的无圈图称为树。
若G1是连通图G2的生成子图,且G1本身是树,则称为G1为G2的生成树。
树是最简单但又是十分重要的一类图。
由于其结构简单,它常用来验证图论的某些猜想。
它在许多学科领域中有广泛的应用,例如分子结构,电网络分析等。
最短连接问题与树有关,学科分类和一些决策过程也往往可以用树的形式表示。
树有许多很好的性质:图 T=(V,E),|V|=n,|E|=m,则下面关于树的命题是等价的。
(1)T是一个树。
(2)T无圈,且m=n-1。
(3)T连通,且m = n-1。
(4)T无圈,但加一新边即得唯一一个圈。
(5)T连通,但舍去一边就不连通。
(6)T中任意两点,有唯一链相连。
上述性质中每一个命题均可作为树的定义,它们对判断和构造树将极为方便。
对图G=(V,E)的每一条边e E赋以相应的实数权 W(e),得到一个网络,记为N=(V,E,W)。
设T=(V,E’)是N 的一个生成树,令 W(T)= , 则W(T)称为T的权,N 中权最小的生成树称为N的最小生成树。
许多实际问题,如在若干个城市之间建造铁路网、输电网或通信网等,都可归纳为寻求连通赋权图(网络)(eij 的最小生成树问题。
例如已知城市v和v间的直通线路的造价为Wij=w(eij)=(vi,vj)),要求一个总造价为最小的设计方案。
又如一个城市中,对若干新建居民点供应自来水和煤气,已测知连接各点间的直通管道的造价,要求给出一个总造价最小的铺设方案等等。
下面介绍在给定网络N =(V,E,W)内求最小生成树的两种算法。
设网络点数为n,此时最小生成树的边数为n-1。
算法1 (克鲁斯凯尔,Kruskal)算法I的中心思想是每次添加权尽可能小的边,使新的图无圈,直到生成最小生成树为止。
也形象地简称“最小边的加入法”。
其步骤如下:(1)把N内的所有边按照权的非减次序排列。
(2)按(1)排列的次序检查N中的每一条边,如果这条边与已得到的边不产生圈,则取这一条边为解的一部分。
第8卷 第15期 2008年8月1671-1819(2008)15-4238-09科 学 技 术 与 工 程Science T echno logy and Eng i neeringV ol 18 N o 115 A ug . 2008Z 2008 Sci 1T ech 1Engng 1综 述数 学Steiner 最小树问题及其应用张 瑾1,2马 良1*(上海理工大学管理学院1,上海200093;河南大学计算机与信息工程学院2,开封475001)摘 要 Ste i ner 最小树问题是一个历史悠久的经典的组合优化问题,由于应用广泛,多年来一直受到研究者的广泛关注。
介绍了各种S teine r 树问题及其求解算法和实际应用。
关键词 Ste i ner 最小树 精确算法 启发式算法 应用中图法分类号 O 224; 文献标志码 A2008年4月21日收到国家自然科学基金项目(70471065)、上海市重点学科建设项目(T0502)资助第一作者简介:张 瑾(1974)),女,河南开封人,博士生1研究方向:系统工程、智能优化。
*通信作者简介:马 良(1964)),男,上海人,博士,教授,博士生导师1研究方向:智能优化。
现实生活中经常要求解决这样的问题,即将若干给定点相连并使连线的总长最短。
在网络通信领域中,该问题被一般化地提为:如果要在n 个区域间铺设通信网,使得各区域之间能实现信息的共享,那么应如何铺设才能使通信线路的总长最短?一般首先想到的可能就是求连接这n 个点的最小生成树(M i n i m um Spann i n g Tree )M ST )这种做法,但如果不拘泥于这n 个点,而引入除这n 个点之外的另外几个点的话,则有可能使连接各区域的通信线路的总长更短。
这是Steiner 最小树问题(Steiner M i n i m u m Tree Prob le m ,简记为S MTP)的来源。
S teiner 最小树问题是经典的组合优化问题,最早可以追溯到17世纪初。