最优配对问题

题意:

给出n个点的空间坐标(n为偶数, n<=20), 把他们配成n/2对, 问:怎样配对才能使点对的距离和最小?

思路:

状态定义:
设d(i, s)表示前i个点中,位于集合s中的元素两两配对的最小距离和
则状态转移方程 d(i,S)=min{|PiPj|+d(i-1,S-{i}-{j}。
改进:
状态可以进行压缩,i的值其实隐藏在S中,S中最高位为1的即为i,所以需要一次查找,从n-1到0进行一次遍历即可,整个运算下来,平均查找次数仅为2。
设dp[s]为:状态为s(s代表着某个子集)时, 它的最小距离和。
状态转移方程:d(S)=min{ |PiPj| + d(S-{i}-{j}} | j属于S,i = max{s} }.

1.对于一个状态s, 首先要计算它减少两个点后的状态的最小距离和, 然后当前状态才能从这些状态中转移过来。
2.如何转移:对于状态s, 在集合中随便找一个点,枚举集合中的其他点与它配对, 取距离和最小的那一对。
3.为什么选定一个点,然后枚举集合中的其他点就可以呢?而两个点都要枚举呢? 因为:对于选定的点, 它总得要和集合中的其他点配对, 那么答案就肯定蕴藏在某一次配对中了。而枚举两个点, 实际上是多余的。

实现

1.递推:自底向上,从最小的子集开始计算, 然后大的子集就可以从中转移过来。缺点是点数为奇数的情况也考虑进去了(可以预先判断点数是否为偶,以决定是否需要进入 计算), 速度慢。

2.记忆化搜索:很好理解,对于状态s, 假设它的偶数子集的最小距离和都计算出来了, 那么选定某个点, 再枚举其他点就可以了。而且避免了奇数个元素的子集的计算

#include <cstdio>
#include <cmath>
#include <algorithm>
using namespace std;
const int INF = 1<<20;
const int N = 21;
double d[(1<<N)+1];
int n;

struct Node{
    double x, y, z;
}dot[N];

double dis(Node a, Node b){
    return sqrt( (a.x - b.x)*(a.x - b.x) + (a.y - b.y)*(a.y - b.y) + (a.z - b.z)*(a.z - b.z) );
}

void solve(){
	
	d[0] = 0;
	for(int S = 1; S < (1<<n); ++S){
		int i, j;
		d[S] = INF;
		// 判断 S 中元素的个数,如果为奇数,就不用算了 
		//int num = 0;
		//for(int k = 0; (1<<k) <= S; ++k) if(S&(1<<k)) ++num;
		//if(num&1) continue;
		for(i = 0; i < n; ++i) 
			if(S&(1<<i)) break;
			
		for(j = i+1; j < n; ++j) 
			if(S&(1<<j)) d[S] = min(d[S], dis(dot[i],dot[j])+d[S^(1<<i)^(1<<j)]);
	}
}

double solve2(int s){
	if(d[s] != INF) return d[s];
	
	int i;
    for(i = 0; i<n; i++)
        if(s&(1<<i)) break;
    for(int j = i+1; j<n; j++)
        if(s&(1<<j))
         d[s] = min( d[s], dis(dot[i], dot[j]) + solve2(s^(1<<i)^(1<<j)) );
 
    return d[s];
}

int main()
{

	freopen("in.txt","r",stdin);
	while(scanf("%d",&n) == 1&&n){
		for(int i = 0; i < n; ++i)
        	scanf("%lf %lf %lf", &dot[i].x, &dot[i].y, &dot[i].z) ;
        	
        d[0] = 0;
    	for(int i = 1; i < (1<<n); ++i) d[i] = INF;
        	
		//solve();
		solve2( (1<<n) - 1 );
		printf("%.3lf\n",d[(1<<n)-1]);
	}

	return 0;
}


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