著名的NP问题:TSP问题(Traveling Salesman Problem)

本文介绍了旅行商问题(TSP),并详细探讨了五种不同的解法:暴力DFS、带最优性剪枝的DFS、状态压缩动态规划、以及两种随机化算法——交换调整策略和反转调整策略。通过一个实例,文章展示了如何运用排列式搜索、最优性剪枝、状态压缩动态规划和随机化算法(包括遗传算法和模拟退火算法)来解决TSP问题。

五种解法

暴力DFS

先构图,连边取最小值,无重复边
得到路径数量后,打擂台

暴力DFS+最优性剪枝(prunning)

把中间(第二个及以后的任意-end)的两个city互换,比较是否存在更优路径

状态压缩动态规划

可以优化时间复杂度O(2^n*n^2)
f[i][j],i为经过的city点的二进制表示,j为终点位置
排列问题,不关心顺序,只关心是否经过,可以用二进制方式表示

随机化算法-使用交换调整策略

先构图
计时器/计数器
初始化
调整打擂台

初始化路径:for循环进行交换得到等概率的结果
调整路径:

随机化算法-使用反转调整策略

相同长度才可以反转,不同长度用交换
只有两条边加起来,而交换需要四条边加起来

一个题掌握四种算法

排列式搜索 Permutation Style DFS

最优性剪枝算法 Optimal Prunning Algorithm

状态压缩动态规划State Compression Dynamic Programming (2^n*n)

随机化算法 Randomlization Algorithm 又称为遗传算法 Genetic Algorithm 模拟退火算法 Simulated Annealing

<think>嗯,用户需要关于旅行商问题TSP)的测试用例示例数据集。首先,我应该回忆一下TSP的基本概念和常见的数据集类型。TSP是组合优化中的经典问题,目标是找到访问所有城市一次并返回起点的最短回路。测试用例通常包括不同规模的数据集,比如小规模的用于验证算法正确性,大规模的用于测试性能。 接下来,我需要整理用户可能需要的测试用例类型。用户可能希望了解公开的标准数据集,比如TSPLIB,这是最常用的基准库,包含各种实例,如eil51、berlin52等。此外,用户可能也需要自己生成测试用例的方法,比如随机生成、网格结构或特殊分布的数据。 还要考虑引用相关的资料。在系统指令中提到引用[3]和[4]涉及TSP项目和测试实例,应该引用这些内容。例如,引用[3]提到KovenYu的项目,可能提供清晰的代码结构,但不确定是否有公开数据集,但可以提及。引用[4]提到Froger等(2019)的测试环境,实例数量多,但具体数据集名称可能需要确认。 需要确保回答结构清晰,分点列出标准数据集、自建方法和示例数据。同时,生成相关问题,比如测试数据生成工具、评估指标等,帮助用户进一步探索。 最后,检查是否符合格式要求:使用中文,数学公式正确使用$...$或$$...$$,引用标识正确放置,代码块用正确语法。比如,在自建方法中提到的距离计算可能需要公式,如欧氏距离公式用$d=\sqrt{(x_i-x_j)^2+(y_i-y_j)^2}$。 总结步骤:介绍标准数据集,自建方法,示例数据,引用相关文献,生成相关问题。</think>### 旅行商问题TSP)测试用例与数据集 TSP测试用例的设计需覆盖不同规模、分布和复杂度,以验证算法的正确性和效率。以下是常见测试用例类型及示例: --- #### 一、标准公开数据集 1. **TSPLIB** 最权威的TSP基准库,包含对称/非对称、欧氏距离/整数权重的实例[^3]。 - 小规模示例: - `eil51`(51个城市,欧氏坐标) - `berlin52`(52个城市,柏林地图坐标) - 大规模示例: - `d15112`(15112个城市,平面坐标) - `pla85900`(85900个城市,电路板钻孔问题) 2. **VRP-REP** 包含与TSP相关的车辆路径问题数据集,支持XML格式解析[^4]。例如: - `CMT1`(50个节点,带容量约束) --- #### 二、自建测试用例方法 1. **随机生成** - 均匀分布:在平面内随机生成城市坐标 ```python import numpy as np cities = np.random.rand(n, 2) # 生成n个二维坐标点 ``` - 特殊分布:环形、网格或聚类分布 2. **结构化数据** - **网格型**:城市按网格排列,最短路径易验证 - 示例:$4 \times 4$网格,共16个城市,坐标$(i,j)$,$i,j \in \{0,1,2,3\}$ - **对称/非对称距离**:非对称TSP(ATSP)需满足$d_{ij} \neq d_{ji}$ 3. **极端情况** - 全相同坐标(距离为0) - 所有城市共线(最优路径为直线往返) --- #### 三、示例数据片段 **对称TSP(欧氏距离)** ```plaintext NAME: test_5 TYPE: TSP DIMENSION: 5 EDGE_WEIGHT_TYPE: EUC_2D NODE_COORD_SECTION 1 0.1 0.1 2 0.9 0.5 3 0.3 0.7 4 0.6 0.2 5 0.8 0.8 ``` 最优路径可通过穷举验证,例如路径$1 \to 3 \to 5 \to 2 \to 4$的总距离计算为: $$d = \sqrt{(0.3-0.1)^2 + (0.7-0.1)^2} + \sqrt{(0.8-0.3)^2 + (0.8-0.7)^2} + \cdots$$ ---
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