采用宽度优先搜索算法求解TSP问题
程序员文章站
2022-03-03 11:14:23
...
【问题描述】采用宽度优先搜索算法求解TSP问题,并在搜索过程中,使用界限条件(当前结点已经走过的路径长度要小于已求得的最短路径)进行“剪枝”操作(不再对后续结点进行遍历),从而提高搜索效率。采用queue模块中的队列(Queue)来实现宽度优先搜索。
【输入形式】在屏幕上输入顶点个数和连接顶点间的边的邻接矩阵。
【输出形式】最优值和其中一条最优路径。
【样例输入】
4
0 30 6 4
30 0 5 10
6 5 0 20
4 10 20 0
【样例输出】
[1]
[1, 2]
[1, 3]
[1, 4]
[1, 2, 3]
[1, 2, 4]
[1, 3, 2]
[1, 3, 4]
[1, 4, 2]
[1, 4, 3]
[1, 2, 3, 4]
[1, 2, 4, 3]
[1, 3, 2, 4]
[1, 3, 4, 2]
[1, 4, 2, 3]
[1, 4, 3, 2]
25: [1, 3, 2, 4]
【样例说明】
输入:顶点个数为4。连接顶点间边的邻接矩阵大小为4行4列,位置[i,j]上元素值表示第i个顶点到第j个顶点的距离,0表示两个顶点间没有边连接。
输出:最优值为25,最优路径为[1, 3, 2, 4]。
【评分标准】根据输入得到准确的输出。
import numpy as np
import math
import queue
class VertexNode(object): # 顶点类
def __init__(self, path=None, cost=None): # 构造函数
self.path = path # 到当前结点为止已经走过的路径
self.cost = cost # 到当前结点为止的费用
def bfs(graph, s_index, n): # 邻接矩阵,起始结点
best_cost = np.inf
best_path = None
start_node = VertexNode(path=[s_index], cost=0)
q = queue.Queue(maxsize=0)
q.put(start_node)
while not q.empty():
q_node = q.get() # 弹出第一个结点
print(q_node.path)
cur_path = list(q_node.path)
k = cur_path[-1]
if len(q_node.path) == n: # 此时已经有n个结点
if graph[q_node.path[-1] - 1, s_index - 1] != 0: # 判断能否形成回路
new_cost = q_node.cost + graph[q_node.path[-1] - 1, s_index - 1] # 加上之前的首尾路径长
if new_cost < best_cost:
best_cost = new_cost
best_path = list(q_node.path)
continue
for i in range(n):
if graph[k - 1][i] != 0 and i + 1 not in cur_path:
new_cost = graph[k - 1][i] + q_node.cost
new_path = list(cur_path)
new_path.append(i + 1)
new_node = VertexNode(new_path, new_cost)
q.put(new_node)
return best_cost, best_path
def main():
vex_num = int(input()) # 顶点个数
w_array = np.zeros((vex_num, vex_num), dtype=np.double) # 邻接矩阵
for i in range(vex_num):
w_array[i, :] = np.array(input().split(), dtype=np.double)
w_array[w_array == 0] = np.inf
s_index = 1 # 起始点序号
best_cost, best_path = bfs(w_array, s_index, vex_num)
print('{}: {}'.format(int(best_cost), best_path))
if __name__ == '__main__':
main()
上面的是常规也是正确的做法,下面我贴一下自己用的双队列写的一种错误做法,也可以完成这道题目…
import math # 宽度优先算法
import queue
from queue import Queue
bestcost = math.inf # 最短路径
nowcost = 0 # 当前的路径长度
x = [1, 2, 3, 4, 5, 6] # 顶点序号
path = [1]
q = Queue(maxsize=0)
arc = [] # 存放
def main():
n = int(input()) # 顶点个数
graph = [] # 图的邻接矩阵
for i in range(n):
graph.append(list(map(int, input().split())))
bsp(graph, 1, n)
print(bestcost, end=": ")
print(arc[:n])
def getD(graph, q1, path1, n, s):
for i in range(n):
if graph[path1[len(path1) - 1] - 1][i] != 0 and (i + 1 not in path1): # 要使得结点加入,需要有边相连并且不在路径上了
if len(path1) == n - 1: # 如果已经有n-1个结点了
if graph[i][s - 1] == 0: # 第n个结点和开始结点不相连,说明无法形成一条回路,不将这个加入
return
for k in range(len(path1)):
q1.put(path1[k]) # 先将路径中的点加入队列
q1.put(i + 1) # 加入新结点
def getlength(path1, n, graph, s): # 获取路径长度
l = 0
for i in range(1, n):
l += graph[path1[i - 1] - 1][path1[i] - 1]
l += graph[path1[i] - 1][s-1]
return l
def bsp(graph, s, n):
global nowcost, bestcost, arc, q
path1 = []
q.put(s) #
q1 = Queue(maxsize=0)
for k in range(n + 1):
while not q.empty():
for i in range(k + 1):
path1.append(q.get())
if k == n - 1:
nowcost = getlength(path1, n, graph,s)
if nowcost < bestcost:
bestcost = nowcost
arc = path1[:]
print(path1)
getD(graph, q1, path1, n, s)
path1 = []
while not q1.empty():
q.put(q1.get())
if __name__ == '__main__':
main()
这种写法也有改进空间,我想了一下一个队列也应该能完成
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