匈牙利算法(简单易懂)

博客介绍了匈牙利算法,它是二分图最大匹配的指派算法,常用于多目标跟踪。详细阐述了工程化的匈牙利算法步骤,包括矩阵排列、补齐方阵、元素运算、直线覆盖、选0及映射等,最终得到指派方案。
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匈牙利算法为一种二分图最大匹配的指派算法,在多目标跟踪中比较常用,以下是工程化的匈牙利算法步骤:

Step1.将元素排列成为矩阵,列为被指派对象,行为匹配权重

    Image titled Matrix1_393

Step2.将矩阵补齐为M*M的方阵,补的元素为原始矩阵中的最大值

Image titled Matrix2_102

Step3.找出每行的最下元素A1,A2...An,然后每行的所有元素分别减去本行的最小值

Image titled Matrix3_952

Step4.找出所有不含0元素的列,然后这些列的每个元素分别减去本列的最下值,产生0

Image titled Matrix4_691

Step5.用最少的直线覆盖矩阵中的全部0元素,如果行方向的直线数量等于列方向的直线数量,跳到Step8

Image titled Matrix5_750

Step6.从没有被覆盖的元素中找出最小值n,矩阵中所有被覆盖的元素都加上n,如果一个元素被直线覆盖两次,则加2n,没有被覆盖的元素不做处理

Image titled Matrix6_172

Step7.从矩阵全部元素中找出最小值n,矩阵中所有元素均减去n

Image titled Matrix7_164

重复Step5,如果满足条件,跳到Step8,否则继续执行Step6、Step7

 

Step8.选出M个0,使得每个0都不同行不同列

Image titled Matrix9_628

Step9.将选出0的位置映射回原始矩阵,即可得到指派方案。

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### 数学建模中的图论算法及其实现 #### 图论算法概述 图论是一种研究离散结构的重要工具,在数学建模中被广泛应用于解决实际问题。它通过点和边来抽象表示对象以及它们之间的关系[^3]。 #### 常见的图论算法分类及应用 在数学建模领域,常见的图论算法可以分为以下几类: 1. **最短路径算法** - Dijkstra算法适用于带权有向图,能够找到单源到其他所有顶点的最短距离[^1]。 - Floyd-Warshall算法则适合于求解任意两顶点间的最短路径长度,尤其当图规模较小时表现优异。 2. **最小生成树(MST)** - Prim算法用于稠密图效果较好,每次选取与当前集合相连权重最小的边加入生成树。 - Kruskal算法更适合稀疏图处理,按照边权从小到大依次尝试添加至生成树而不形成环路。 3. **网络流问题** - 最大流问题是典型代表之一,其中Ford-Fulkerson方法提供了一种增广路径框架下的解决方案,并进一步演化出了效率更高的Edmonds-Karp算法。 4. **匹配问题** - 对于二分图而言,匈牙利算法能有效计算其最大基数匹配;而Kuhn-Munkres(即Hungarian Algorithm扩展版)可用于加权情况下的最优分配问题求解。 #### 工具选择建议 对于上述各类图论算法的具体实现,可以选择不同的编程环境和技术栈完成开发工作。如果倾向于数值运算强大但绘图功能相对简单的平台,则MATLAB是一个不错的选择[^2]。然而需要注意的是,尽管MATLAB擅长科学计算方面的工作负载,但在展示复杂图形数据可视化成果时可能不如专门设计用来呈现美观图表的应用程序那么直观易懂。 以下是基于Python语言的一个简单例子演示如何利用NetworkX库构建并操作基本无向图实例: ```python import networkx as nx import matplotlib.pyplot as plt G = nx.Graph() # 创建一个新的空图 G edges = [(0, 1), (1, 2), (2, 3)] # 定义一些边 weights = {edge: i+1 for i, edge in enumerate(edges)} # 给每条边赋予权重值 for e in edges: G.add_edge(*e) nx.set_edge_attributes(G, values=weights, name='weight') # 设置属性 'weight' pos = nx.spring_layout(G) # 计算布局位置 labels = nx.get_edge_attributes(G,'weight') nx.draw_networkx_nodes(G,pos,node_size=700) nx.draw_networkx_edges(G,pos,width=6,alpha=0.5,edge_color="b") nx.draw_networkx_labels(G,pos,font_size=20,font_family="sans-serif") nx.draw_networkx_edge_labels(G,pos,edge_labels=labels) plt.axis('off') plt.show() ``` 此脚本展示了创建一个具有三个节点的小型无向图的过程,并为其指定特定权重之后绘制出来供观察分析之用。
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