旅行商问题描述
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旅行商问题(TravelingSalesmanProblem,简称TSP)是一个著名的组合优化问题:给定n个城市,有一个旅行商从某一城市出发,访问每个城市各一次后再回到原出发城市,要求找出的巡回路径最短。
如果用图论来描述,那就是已知带权图G=(C,L),寻出总权值最小的Hamilton圈。
其中C={c1,c2,…,cn}表示n个城市的集合,L={lij|ci,cj∈C}是集合C中元素(城市)两两连接的集合,每一条边lij,都存在与之对应的权值dij,实际应用中dij可以表示距离、费用、时间、油量等。
TSP的描述虽然简单,解决起来却很困难。
最简单思路是用穷举法把所有可能的巡回路径全部列出来,最短的一个就是最优解,但这样只能处理很小规模的问题。
旅行商问题属于NP-complete问题,是NP(non-deterministicpoly-nominal)问题中最难的一类,不能在多项式时间内求解。
如果有n座城市,那么巡游路径共有(n-1)!/2条,计算的时间和(n-1)!成正比。
当城市数n=20,巡回路径有1.2×1018种,n=100,巡回路径就有多达4.6×10155种,而据估计宇宙中基本粒子数“仅仅只有”1087个。
尽管如此,随着算法研究的逐步深入和计算机技术飞速提高,对TSP问题的研究不断取得进展。
70年来,被征服的TSP规模从几十个城市增加到上万个城市。
目前的最高记录是在2004年5月,找到的巡游瑞典24978个城镇的最优路径(sw24978),花费了84.8个CPU年。
图1展示了TSP的研究进展,最近的二三十年时间里,被攻克的TSP规模高速增长,差不多是每十年增加一个数量级。
照这样发展下去的话,再过20年就能解决上百万个城市的TSP,有专家甚至已经为此准备好了数据:全球190,4711个城市的坐标。
当然,能不能达到这个目标,有赖于未来计算技术的发展。
图1TSP的发展字母后面的数字表示城市数,“sw24978”就是瑞典的24978个城镇。
Hopfield神经网络求解TSP问题1.什么是TSP问题旅行商问题,即TSP问题(Traveling Salesman Problem),也是最优化问题。
一个旅行商人要拜访n个城市,他必须选择所要走的路径,路径的限制是每个城市只能拜访一次,而且最后要回到原来出发的城市。
路径的选择目标是要求得的路径路程为所有路径之中的最小值。
用数学语言描述TSP如下 :设有限个城市集合 : C = { C1 , C 2 , … , Cn },每两个城市间的距离为 d(Ci,Cj)∈Z, 其中 Ci,Cj∈C( 1<=i , j <=n), 即求 minL=∑d(Ci,Cj)的值的问题。
有效路径的方案数目为Rn=((n-1)!/2),例如:R4=3,R5=12,R6=120,R10=181440可见路径总数,随n增大而急剧增长,当城市数目增加到一定的程度,计算量增加到无法进行的地步,所以要选择一种合理快速的算法,而不能对所有情况使用人工列举的方法。
2.Hopfield神经网络介绍人工神经网络(Artificial Neural Networks,简写为ANNs)也简称为神经网络(NNs)或称作连接模型(Connection Model),它是一种模仿动物神经网络行为特征,进行分布式并行信息处理的算法数学模型。
这种网络依靠系统的复杂程度,通过调整内部大量节点之间相互连接的关系,从而达到处理信息的目的.最基础的为BP、Hopfield网络等。
Hopfield网络是一种互连型网络的一种,它引入类似于Lyapunov 函数的能量函数概念,把神经网络的拓扑结构(用连接权矩阵表示)与所求问题(用目标函数描述)相对应,并将其转换为神经网动力学系统的演化问题。
3.神经元的数学模型人的大脑是由大量神经细胞或神经元组成的。
每个神经元可以看作为一个小的处理单元,这些神经元按照某种方式相互连接起来,构成大脑内部的生理神经元网络系统,他们中各个神经元之间连接的强弱不是固定不变的,而是按照外部的信号激励程度做自适应的变化,而每个神经元又随着接收到的多个激励信号的综合大小呈现兴奋或抑制状态。
贪心算法是一种在每一步选择中都采取当前情况下的局部最优选择,并希望导致结果是全局最优解的算法。
下面是一些贪心算法的题目和解答:1. 旅行商问题(Travelling Salesman Problem):问题描述:给定一个城市列表和一个距离列表,要求找出一条路径,使得路径上的所有城市都经过,且总距离最短。
贪心算法解法:首先对城市按照距离进行排序,然后从最近的两个城市开始,每次都选择距离当前位置最近的两个城市,直到遍历完所有城市。
由于贪心算法每次选择的都是当前情况下的最优解,因此最终得到的路径总距离是最短的。
2. 背包问题(Knapsack Problem):问题描述:给定一组物品,每个物品都有自己的重量和价值,要求在不超过背包总重量的情况下,如何选择物品使得背包中物品的总价值最大。
贪心算法解法:按照物品的重量对物品进行排序,然后每次选择重量最小的物品,直到背包已满或无物品可选。
由于贪心算法每次选择的都是当前情况下的最优解,因此最终得到的方案总是可以找到一个大于等于当前最优解的方案。
3. 网格找零问题(Currency Change Problem):问题描述:给定一组面值不同的硬币,要求用最少的组合方式从一定金额中找零。
贪心算法解法:首先对硬币面值进行排序,然后每次使用当前面值最小的硬币进行组合,直到金额为零或无硬币可选。
贪心算法在此问题中的思路是每次选择最小的硬币进行使用,这样可以保证找零的最小数量。
以上题目和解答只是贪心算法的一部分应用,实际上贪心算法在许多其他领域也有广泛的应用,例如网页布局优化、任务调度、网络流等等。
贪心算法的优势在于其简单易懂、易于实现,但也有其局限性,例如无法处理一些存在冲突的情况或最优解不唯一的问题。
因此在实际应用中需要根据具体问题选择合适的算法。