分支定界算法

今天药忘吃喽~ 2022-03-25 05:54 199阅读 0赞

1.题目

用分支定界算法求以下问题：

某公司于乙城市的销售点急需一批成品，该公司成品生产基地在甲城市。

甲城市与乙城市之间共有 n 座城市，互相以公路连通。甲城市、乙城市以及其它各城市之间的公路连通情况及每段公路的长度由矩阵M1 给出。

每段公路均由地方政府收取不同额度的养路费等费用，具体数额由矩阵M2 给出。

请给出在需付养路费总额不超过 1500 的情况下，该公司货车运送其产品从甲城市到乙城市的最短运送路线。

具体数据参见文件：

M1.txt: 各城市之间的公路连通情况及每段公路的长度矩阵(有向图); 甲城市为城市Num.1，乙城市为城市Num.50。

M2.txt: 每段公路收取的费用矩阵（非对称）。

2.算法分析

2.1算法思路和流程

（1）将m1.txt和m2.txt的数据读入两个50×50的数组。

（2）用Floyd算法求出所有点对之间的最短路径长度和最小费用。

（3）应用深度优先搜索对该多叉树进行搜索，由于树的叉树太多，则必须采用剪枝策略，否则搜索速度会很慢，则将Floyd计算出的A点到B点的最短距离和要求的花费1500作为界，如果满足剪枝条件，则减掉，否则则记录路径和进行深度优先搜索。

（4）直到搜到B点，更新最好路径为当前路径。

2.2剪枝策略

当当前节点p已经被访问过，或者当前路径大于已知最优路径距离，或者花费大于1500时，进行剪枝。

(visit\[p\] ||length>bestlength || mycost>1500)

2.3算法的时间复杂度

该算法应用Floyd计算最短路径，其时间复杂度为O(n3)，深度优先搜索由于使用了剪枝，其时间复杂度必定小与O(n3)。

3.算法实现和结果

3.1算法结果

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1BOQU4yMjI_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

3.2代码实现：

#include <iostream>
    #include <string.h>
    #include <fstream>
    
    using namespace std;
    const int maxn=55;
    const int INF=9999999;
    int minDist[maxn][maxn]; //用于存放使用Floyd算法求解的最短距离和最小花费
    int minCost[maxn][maxn];
    
    int dist[maxn][maxn]; //原始数据的最短距离和最小花费
    int cost[maxn][maxn];
    
    bool visit[maxn]; //标记结点是否被访问的数组
    int path_list[maxn]; //标记当前路径的数组
    int length_path=0; //标记当前路径数组的长度
    
    int best_list[maxn]; //用于存放最好的路径
    int bestlength=0; //用于存放最好的路径的总距离长度
    int bestcost=0;//用于存放最好的路径的花费
    int bestlistlength=0;//用于存放最好路径经过城市的个数，即best_list的长度
    
    void init()
    {
        memset(dist,0,sizeof(dist));
        memset(cost,0,sizeof(cost));
        memset(path_list,0,sizeof(path_list));
    
        path_list[0]=0;//当前路径中只有第一个城市，A城市，即为0号城市
        length_path=1;//当前路径长度为
    
        best_list[0]=0; //设置最好的路径为0-49，距离为9999，花费为15，路径长度为2
        best_list[1]=49;
        bestlength=9999;
        bestcost=15;
        bestlistlength=2;
    
        for(int i=0; i<maxn; i++) //设置所有节点都未被访问过
        {
            visit[i]=false;
        }
        visit[0]=true;//设置0号节点已被访问
    
        //读取文件中的数据
        ifstream file("m1.txt");
    
        for(int i=0; i<50; i++)
        {
            for(int j=0; j<50; j++)
            {
                file>>dist[i][j];
            }
        }
    //    cout<<"m1_data"<<endl;
    //    for(int i=0; i<50; i++)
    //    {
    //        for(int j=0; j<50; j++)
    //        {
    //            cout<<dist[i][j]<<" ";
    //        }
    //        cout<<endl;
    //    }
    
        file.close();
    
        ifstream file2("m2.txt");
    
        for(int i=0; i<50; i++)
        {
            for(int j=0; j<50; j++)
            {
                file2>>cost[i][j];
            }
        }
    //    cout<<"m2_data"<<endl;
    //    for(int i=0; i<50; i++)
    //    {
    //        for(int j=0; j<50; j++)
    //        {
    //            cout<<cost[i][j]<<" ";
    //        }
    //        cout<<endl;
    //    }
    
        file2.close();
    
        for(int i=0; i<maxn; i++) //对Floyd求最小化距离和花费进行初始化
        {
            for(int j=0; j<maxn; j++)
            {
                minDist[i][j]=dist[i][j];
                minCost[i][j]=cost[i][j];
            }
        }
    }
    void floyd() //利用Floyd算法求解多源最短路，其中有用的之后0-48号节点分别到第49号节点的距离
    {
        for(int k=0; k<50; k++)
        {
            for(int i=0; i<50; i++)
            {
                for(int j=0; j<50; j++)
                {
                    if(minDist[i][j]>minDist[i][k]+minDist[k][j])
                    {
                        minDist[i][j]=minDist[i][k]+minDist[k][j];
                    }
                    if(minCost[i][j]>minCost[i][k]+minCost[k][j])
                    {
                        minCost[i][j]=minCost[i][k]+minCost[k][j];
                    }
                }
            }
        }
    }
    
    void dfs(int p) //开始深搜一棵50*50叉树
    {
        int length=0; //记录当前距离长度
        int mycost=0; //记录当前花费
        for(int i=1; i<length_path; i++)
        {
            length+=dist[path_list[i-1]][path_list[i]];
            mycost+=cost[path_list[i-1]][path_list[i]];
        }
        if(p!=49)
        {
            length+=minDist[p][49];//当前的最短路径，当前路径为0-p点真正走过的路径，
            //并加上p点到49点的最短路径（Floyd计算出的）
            mycost+=minCost[p][49];
        }
        if(length>bestlength || mycost>1500) //剪枝条件
            return;
        if(p==49)//搜索到最后一个节点即需要更新最优路径
        {
            for(int i=0; i<length_path; i++)
            {
                best_list[i]=path_list[i];
            }
    
            bestlength=length;
            bestcost=mycost;
            bestlistlength=length_path;
    
    //        cout<<"cost="<<bestcost<<endl;
    //        cout<<"length="<<bestlength<<endl;
    //        for(int i=0;i<bestlistlength;i++)
    //        cout<<best_list[i]<<" ";
    //        cout<<endl;
            return;
        }
    
        for(int i=1; i<50; i++)
        {
            if(!visit[i]) //剪枝条件
            {
                visit[i]=true;
                path_list[length_path++]=i;
                dfs(i);
                //path_list[length_path--]=-1;
                length_path--;
                visit[i]=false;
            }
    
        }
    }
    
    int main()
    {
        init();
        floyd();
    //    for(int i=0;i<50;i++)
    //    {
    //        for(int j=0;j<50;j++)
    //        {
    //            cout<<minDist[i][j]<<" ";
    //        }
    //        cout<<endl;
    //    }
    //    for(int i=0;i<50;i++)
    //    {
    //        for(int j=0;j<50;j++)
    //        {
    //            cout<<minCost[i][j]<<" ";
    //        }
    //        cout<<endl;
    //    }
        dfs(0);
        cout<<"最小距离长度="<<bestlength<<endl;
        cout<<"最小花费="<<bestcost<<endl;
        cout<<"最短路径为："<<endl;
        for(int i=0; i<bestlistlength; i++)
        {
            if(i==bestlistlength-1)
                cout<<best_list[i]<<endl;
            else
            cout<<best_list[i]<<"->";
        }
    
        return 0;
    }
    
    
    //GCN,UAV

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1BOQU4yMjI_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220325/f4c12840bdc94115984931fd4696e594.png