算法分析與設(shè)計(jì)2007第d講

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1、第D講上次內(nèi)容:(1)TSP問題近似性能比為2的近似算法。(2)近似算法設(shè)計(jì):TSP問題近似度為3/2近似算法。(3)多任務(wù)排工近似度為2-1/m的近似算法。(4)獨(dú)立任務(wù)排工的多項(xiàng)式時(shí)間近似算法。再解釋絕對(duì)近似性能比:我們?cè)O(shè)計(jì)了算法以后希望能找到一個(gè)界r,使得RA(I)£r。r顯然比1.8不會(huì)小。比如說能找到r=2.5,使得RA(I)£2.5=r。(*)如果算法A求解每個(gè)實(shí)例I都會(huì)有RA(I)<2.5,(**)顯然對(duì)于算法A,必有小于2.5的r1,使得RA(I)£r1。兩件事(*)和(**)都很難做到。但是如果可以碰

2、到這么一種情況:能夠找到r,使得RA(I)£r=2,又能舉出一個(gè)實(shí)例I,滿足RA(I)=r=2。絕對(duì)近似性能比定義的原因即在于此。漸進(jìn)近似性能比也具有同樣的含義。回到另一面去看看定理:若P1NP,則圖的著色問題不存在的多項(xiàng)式時(shí)間近似算法。已知圖的3著色問題是NP-hard問題,兩個(gè)圖相乘是什么意思:第11頁第D講G=G1*G2的做法反證法,若圖著色問題存在<的近似算法,則存在K,當(dāng)OPT(G)3K時(shí),A(G)

3、*=G*G’(2)調(diào)用算法A得到著色數(shù)A(G*)。分析:(3x)若G可以三著色?OPT(G*)£3K,A(G*)<(4/3)3K=4K(4x)若G不能三著色?OPT(G*)34K(說明為什么),A(G*)3OPT(G*)34K所以:(3)A(G*)<4K,回答Yes。(4)若A(G*)34K,回答No。定理7.13:若P1NP,則貨郎旅游問題不存在近似度<¥的多項(xiàng)式時(shí)間近似算法。為什么不說絕對(duì)近似性能比呢?頂點(diǎn)個(gè)數(shù)少時(shí),枚舉也能得到較好的解。說明:TSP問題不是在metric空間,所以不滿足三角不等式。第11頁第D講證

4、明:實(shí)際是證明若反之,則Hamilton回路問題存在多項(xiàng)式時(shí)間精確算法。(1)用反證法,設(shè)存在常數(shù)K,使£K。即存在算法A,對(duì)TSP的任意最優(yōu)解值超過某個(gè)常數(shù)的實(shí)例G,有:A(G)£K*OPT(G)。(2)設(shè)GH=(V,E)是Hamilton回路問題任意實(shí)例,由GH構(gòu)造TSP問題實(shí)例GTSP如下:lV(GTSP)=V(GH)=Vl(3)分析GH存在hamilton回路?OPT(GTSP)=

5、V

6、A(GTSP)£K*OPT(GTSP)=K

7、V

8、GH不存在Hamilton回路?OPT(GTSP)>K

9、V

10、第11頁第D講A(

11、GTSP)3OPT(GTSP)>K

12、V

13、這樣我們就能設(shè)計(jì)Hamilton回路問題的多項(xiàng)式時(shí)間算法。說明:(1)找錯(cuò)一條邊,就會(huì)出大問題,近似度超過任意常數(shù),邊太長(zhǎng)了。(2)這不是metric空間的TSP問題,是任意空間的TSP問題,不存在任意常數(shù)近似度的近似算法?!?.3多項(xiàng)式時(shí)間近似方案獨(dú)立任務(wù)排工的進(jìn)一步討論,n個(gè)任務(wù),m臺(tái)機(jī)器,每個(gè)任務(wù)加工時(shí)間長(zhǎng)度ti。新算法,想辦法多費(fèi)點(diǎn)功夫,前K個(gè)任務(wù)求最優(yōu)排工。也與問題有關(guān)。(1)任務(wù)排序:T={T1,T2,…,Tn},t13t23…3tn(2)確定正整數(shù)K,對(duì)前K個(gè)任務(wù),

14、求最優(yōu)排工,后n-K個(gè)任務(wù),按照先大后小順序排工。上述算法叫F。舉個(gè)例子:T={T1,T2,T3,T4,T5,T6}加工時(shí)間:8,6,5,4,4,1T1,T2,T3,T4先求最優(yōu)排工。后兩任務(wù)再排,得15。最優(yōu)為14。第11頁第D講這個(gè)不是最優(yōu)的。定理7.14:m臺(tái)處理器,獨(dú)立任務(wù)排工。實(shí)例I。證明:(1)設(shè)T是前K個(gè)任務(wù)的排工時(shí)間長(zhǎng)度,若F(I)=T,則F(I)=OPT(I),以下設(shè)F(I)>T。(2)在[0,F(xiàn)(I)-tk+1]區(qū)間所有處理器非空閑。由(1)決定,最后完成任務(wù)為Tj,j>k,所以[0,F(I)-tj

15、]區(qū)間所有機(jī)器非空閑,又tk+13tj最后一個(gè)完成的任務(wù)tj

16、度越好。定義7.2:若問題p的近似算法A(e)若滿足對(duì)任意實(shí)例I任意e>0(1)RA(e)[I]<1+e(2)A(e)的時(shí)間復(fù)雜度是實(shí)例I的多項(xiàng)式函數(shù),則,A(e)稱為求解問題p的多項(xiàng)式時(shí)間近似方案。解釋:(1)1+e很容易說明,但后面的多項(xiàng)式不容易說明,時(shí)間復(fù)雜度一定與e有關(guān)。例子:近似性能比為1+e,時(shí)間復(fù)雜度為:O(),O(

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