双调欧几里得旅行售货员问题(dp)

前两天做了算法课设,老师给了这个题,今天把写的课设整理一下(下面有从别的博客弄过来的图片,若博主看到了,可以联系删除,hhhh)

问题描述

欧氏旅行售货员问题是对给定的平面上 n 个点(这n个点的x坐标都不相同)确定一条连接这 n 个点的长度最短的哈密 顿回路。由于欧氏距离满足三角不等式,所以欧氏旅行售货员问题是一个特殊的具有三角不 等式性质的旅行售货员问题。它仍是一个 NP 完全问题。最短双调 TSP 回路是欧氏旅行售货 员问题的特殊情况。平面上 n 个点的双调 TSP 回路是从最左点开始,严格地由左至右直到最右点,然后严格地由右至左直至最左点,且连接每一个点恰好一次的一条闭合回路。

给定平面上 n 个点,编程计算这 n 个点的最短双调 TSP 回路。

数据输入:
第 1 行有 1 个正整数 n,表示给定的平面上的点数。接下来的 n 行中,每行 2 个实数,分别表示点的 x 坐标和 y 坐标
数据输入:

0 6
1 0
2 3
5 4
6 1
8 2
7 5
数据输出:
25.58

问题分析

这种旅程是从最左点开始,严格地从左到右直至最右点,然后严格地从右到左直至出发点,并且需要经过所有的点,如下图
在这里插入图片描述
注解:
(a)为最短闭合路线,这个路线不是双调的
(b)为最短双调闭合路线
首先我们
定义dist(i,j) :表示结点i到结点j的直线距离(即i,j直接相连)
定义b[i][j] : 表示从i连到1(最左点),再从1连到j的距离(i<j-1,且并没有相连)

在求路径b[i][j]时,点i一定在i->1的路径中,点j一定在1->j的路径上,现在考虑与点j直接相连点的位置,分以下三种情况
①i<j-1
此时点j-1在点i的右边,说明j-1一定在1->j的路径上,而不在i->1的路径上,由于j-1是1->j路径上除 j 外最靠右的点,所以与 j 直接相连的点是 j-1,如下图所示
在这里插入图片描述
②i=j-1
此时点j-1位于i->1的路径上,而此时与点j直接相连的可以是1~j-2中的任意一点k,如下图所示
在这里插入图片描述
③i=j
在这种情况下,i->j是一条闭合路径。这种情况只会发生在i=j=n。此时点j−1即为点n−1,而点n-1可以在路径1->n上,也可以在n->1上,总之无论是哪条路径点,n-1都直接与点n相连,因为点n-1是除n外最右边的点,如下图所示
在这里插入图片描述
根据上图,很容易写出递推方程式:
b[i][j] = b[i][j-1]+dist(j-1,j); (i<j-1)
b[i][j] = min( b[k][j-1]+dist(k,j) ); (i=j-1)
b[i][j] = b[n-1][n] + dist(n-1,n); (i=j=n)

上代码

typedef struct{
double x;
double y;
}Point;

double DP(Point *points,int n)  
//这里points[]用于存储n个点的信息
{  
    double b[MaxLen][MaxLen];//b[i][j]表示从i连到1,再从1连到j的路径长度 
    //计算所有情况下的b[i][j],1 <= i <= j  
    b[1][2] = dist(points,1,2);//初始化,1和2一定相连,因为最后必须是一个闭合回路  
for (int j=3; j<=n; ++j)
 {  
        //i < j-1 ,j-1和j相连   
        for (int i=1; i<=j-2; ++i)  
        {   //之所以用到j-1是为了利用子问题的结论,从而解决主问题
            b[i][j] = b[i][j-1] + dist(points,j-1,j); 
        }  
        //i = j - 1, j-1和j不相连 
        b[j-1][j] = MaxVal;  
        /*
		因为计算从b[j-1][j],所以k需要从1到j-2作为中转点 
		计算b[k][j-1]+dist(k,j),从k到1再到j-1 + (k,j)直线距离  
		*/
        for(int k=1; k<=j-2; ++k)
{  
            double temp = b[k][j-1] + dist(points,k,j);  
            if (temp < b[j-1][j]) 
{  
                b[j-1][j] = temp;  
            }  
        }  
    }  
    b[n][n] = b[n-1][n] + dist(points,n-1,n);  
    return b[n][n];  
}  

运行结果
在这里插入图片描述

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