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8.1集合覆盖问题
假如你办了个广播节目,要让所有的州的听众都能听到。在每个广播台播出都需要收费,因此你要保证尽可能少的广播可以播出,每个广播台都覆盖特定区域,不同的广播台覆盖区域可能会重叠。 如何找出覆盖所有州的广播台集合呢?我们可以采用贪婪算法。
近似算法
贪婪算法可化解危机!使用下面的贪婪算法可得到非常接近的解。 1.选出一个这样的广播台,即它覆盖了最多的未覆盖州。 2.重复第一步,直到覆盖了所有的州。 这是一种近似算法,判断近似算法优劣的标准如下:
- 速度有多快;
- 得到的近似解与最优解的接近程度。
1.准备工作 首先,创建一个列表,其中包含要覆盖的州。
states_needed= set(['mt','wa','or','id','nv','ut',
'ca','az'])
还需要有可供选择的广播台清单,我选择使用散列表来表示它们:
stations={}
stations['knoe']= set(['id','nv','ut'])
stations['ktwo']=set(['wa','id','mt'])
stations['kthree']=set(['or','nv','ca'])
stations['kfour']=set(['nv','ut'])
stations['kfive']=set(['ca','az'])
其中键为广播台的名称,值为广播台覆盖的州。 最后,还需要一个集合来存储最终选择的广播台:
final_stations=set()
2.计算答案 正确的解可能有多个。你需要遍历所有的广播台,从中选择覆盖了最多的未覆盖州的广播台。我将这个广播台存储在best_station中。
best_station=None
states_covered是一个集合,包含该广播台覆盖的所有未覆盖的州。 最终代码:
states_needed= set(['mt','wa','or','id','nv','ut',
'ca','az'])
stations={}
stations['knoe']= set(['id','nv','ut'])
stations['ktwo']=set(['wa','id','mt'])
stations['kthree']=set(['or','nv','ca'])
stations['kfour']=set(['nv','ut'])
stations['kfive']=set(['ca','az'])
final_stations=set()
best_station=None
while states_needed:
best_station=None
states_covered=set()
for station,states_for_station in stations.items():
covered = states_needed & states_for_station
if len(covered) > len(states_covered):
best_station = station
states_covered = covered
states_needed-=states_covered
final_stations.add(best_station)
print(final_stations)
8.2NP完全问题
8.2.1旅行商问题
旅行商问题和集合覆盖问题都有一些共同之处:你需要计算所有的解,并从中选出最小/最短的那个,这两个问题都属于NP完全问题。
8.2.2如何识别Np完全问题
1.元素较少时算法的运行速度非常的快,但随着元素数量的增加,速度会变得非常慢。 2.涉及“所有组合”的问题通常都是NP问题。 3.不能将问题分成小问题,必须考虑各种可能的情况。这可能是NP完全问题。 4.如果问题涉及序列(如旅行商问题中的城市序列)且难以解决,它可能就是NP完全问题。 5.如果问题涉及集合(如广播台集合)且难以解决,可能是NP完全问题。 6.如果问题可转化为集合覆盖问题或者旅行商问题,Nata肯定是NP完全问题。
8.3小结
1.贪婪算法寻找局部最优解,企图以这种方式获得全局最优解; 2.对于NP完全问题,还没有找到快速解决方案; 3.面临NP完全问题时,最佳的做法便是使用近似算法; 4.贪婪算法易于实现、运行速度快,是不错的近似算法。
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