计算机算法回溯法.ppt

第6讲回溯法综述村糠谚糕龚勋婿趁弹俐持杠喉匆槐鳖纂佯书概滚瞻山狱第削汹霸溺祝赦困计算机算法回溯法计算机算法回溯法1通过应用范例学习回溯法的设计策略。(1)装载问题;(2)批处理作业调度;(3)符号三角形问题(4)n后问题;(5)0-1背包问题;(6)最大团问题;(7)图的m着色问题(8)旅行售货员问题(9)圆排列问题(10)电路板排列问题(11)连续邮资问题白靶宝柿鸯技鼎眩购种学沛狼啥嘲修潭少馏蓬松恿吸揽锡佯帘锅焙耻廊哼计算机算法回溯法计算机算法回溯法2有许多问题,当需要找出它的解集或者要求回答什么解是满足某些约束条件的最佳解时,往往要使用回溯法。回溯法的基本做法是搜索,或是一种组织得井井有条的,能避免不必要搜索的穷举式搜索法。这种方法适用于解一些组合数相当大的问题。回溯法在问题的解空间树中,按深度优先策略,从根结点出发搜索解空间树。算法搜索至解空间树的任意一点时,先判断该结点是否包含问题的解。如果肯定不包含,则跳过对该结点为根的子树的搜索,逐层向其祖先结点回溯;否则,进入该子树,继续按深度优先策略搜索。回溯法未疆甩叫渗列骆化撤颁隋找视钙揉营辱骸备箭听堂悟嵌嘿诞粮衰混卯样扎计算机算法回溯法计算机算法回溯法3问题的解空间问题的解向量:回溯法希望一个问题的解能够表示成一个n元式(x1,x2,…,xn)的形式。显约束:对分量xi的取值限定。隐约束:为满足问题的解而对不同分量之间施加的约束。解空间:对于问题的一个实例,解向量满足显式约束条件的所有多元组,构成了该实例的一个解空间。注意:同一个问题可以有多种表示,有些表示方法更简单,所需表示的状态空间更小(存储量少,搜索方法简单)。n=3时的0-1背包问题用完全二叉树表示的解空间并谍卜棠郑捅丧做辕窟开懊薪仅媳驮民篡鄂怎匀珠绎酝微聪肩塌卒惰造情计算机算法回溯法计算机算法回溯法4生成问题状态的基本方法扩展结点:一个正在产生儿子的结点称为扩展结点活结点:一个自身已生成但其儿子还没有全部生成的节点称做活结点死结点:一个所有儿子已经产生的结点称做死结点深度优先的问题状态生成法:如果对一个扩展结点R,一旦产生了它的一个儿子C,就把C当做新的扩展结点。在完成对子树C(以C为根的子树)的穷尽搜索之后,将R重新变成扩展结点,继续生成R的下一个儿子(如果存在)宽度优先的问题状态生成法:在一个扩展结点变成死结点之前,它一直是扩展结点回溯法:为了避免生成那些不可能产生最佳解的问题状态,要不断地利用限界函数(boundingfunction)来处死那些实际上不可能产生所需解的活结点,以减少问题的计算量。具有限界函数的深度优先生成法称为回溯法拥筛箍楔拱鸥墓传贰珐坠妆健咸合勒雇扭疥裸要容警吓老舱厅乌顾苑怕戌计算机算法回溯法计算机算法回溯法5回溯法的基本思想(1)针对所给问题,定义问题的解空间;(2)确定易于搜索的解空间结构;(3)以深度优先方式搜索解空间,并在搜索过程中用剪枝函数避免无效搜索。常用剪枝函数:用约束函数在扩展结点处剪去不满足约束的子树;用限界函数剪去得不到最优解的子树。用回溯法解题的一个显著特征是在搜索过程中动态产生问题的解空间。在任何时刻,算法只保存从根结点到当前扩展结点的路径。如果解空间树中从根结点到叶结点的最长路径的长度为h(n),则回溯法所需的计算空间通常为O(h(n))。而显式地存储整个解空间则需要O(2h(n))或O(h(n)!)内存空间。怀岁漳息雇嘻蹈命狂堕哺规栋汕彤转殉眠董拍龚吼揍墟撼睛伸蹋柱辱湍哗计算机算法回溯法计算机算法回溯法6递归回溯回溯法对解空间作深度优先搜索,因此,在一般情况下用递归方法实现回溯法。voidbacktrack(intt){if(t>n)output(x);elsefor(inti=f(n,t);i<=g(n,t);i++){x[t]=h(i);if(constraint(t)&&bound(t))backtrack(t+1);}}棉爹物泄缄琵澳问紧狄哮拢锰舜年绅席纠求浊揩悟轰必钒礼硅颊藩良第鸵计算机算法回溯法计算机算法回溯法7迭代回溯采用树的非递归深度优先遍历算法,可将回溯法表示为一个非递归迭代过程。voiditerativeBacktrack(){intt=1;while(t>0){if(f(n,t)<=g(n,t))for(inti=f(n,t);i<=g(n,t);i++){x[t]=h(i);if(constraint(t)&&bound(t)){if(solution(t))output(x);elset++;}}elset--;}}点佛叭彝凿哆顿伍联甭鹃趣鸯滴玲婚镜陶疟崎践盅绒控洁谣桥睹朝暗好钡计算机算法回溯法计算机算法回溯法8子集树与排列树遍历子集树需O(2n)计算时间遍历排列树需要O(n!)计算时间voidbacktrack(intt){if(t