python 回溯法 子集树模板 系列 —— 13、最佳作业调度问题

简介: 问题给定 n 个作业,每一个作业都有两项子任务需要分别在两台机器上完成。每一个作业必须先由机器1 处理,然后由机器2处理。试设计一个算法找出完成这n个任务的最佳调度,使其机器2完成各作业时间之和达到最小。

问题

给定 n 个作业,每一个作业都有两项子任务需要分别在两台机器上完成。每一个作业必须先由机器1 处理,然后由机器2处理。

试设计一个算法找出完成这n个任务的最佳调度,使其机器2完成各作业时间之和达到最小。

分析:

看一个具体的例子:

tji 机器1 机器2
作业1 2 1
作业2 3 1
作业3 2 3

最优调度顺序:1 3 2
处理时间:18

这3个作业的6种可能的调度方案是1,2,3;1,3,2;2,1,3;2,3,1;3,1,2;3,2,1;

它们所相应的完成时间和分别是19,18,20,21,19,19。易见,最佳调度方案是1,3,2,其完成时间和为18。

以1,2,3为例:

作业1在机器1上完成的时间为2,在机器2上完成的时间为3
作业2在机器1上完成的时间为5,在机器2上完成的时间为6
作业3在机器1上完成的时间为7,在机器2上完成的时间为10
3+6+10 = 19

1,3,2

作业1在机器1上完成的时间为2, 在机器2上完成的时间为3
作业3在机器1上完成的时间为4,在机器2上完成的时间为7
作业2在机器1上完成的时间为7,在机器2上完成的时间为8
3+7+8 = 18

img_46467092c87716f7d79be05249884db1.jpg

解编码:(X1,X2,...,Xn),Xi表示顺序i执行的任务编号。所以,一个解就是任务编号的一个排列。

解空间:{(X1,X2,...,Xn)| Xi属于S,i=1,2,...,n},S={1,2,...,n}。所以,解空间就是任务编号的全排列。

讲道理,要套用回溯法的全排列模板。

不过,有了前面两个例子做铺垫,这里套用回溯法的子集树模板。

代码

'''
最佳作业调度问题 

tji          机器1     机器2
作业1         2          1
作业2         3          1
作业3         2          3

'''

n = 3 # 作业数
# n个作业分别在两台机器需要的时间
t = [[2,1],
     [3,1],
     [2,3]]
     
x = [0]*n   # 一个解(n元数组,xi∈J)
X = []      # 一组解

best_x = [] # 最佳解(一个调度)
best_t = 0  # 机器2最小时间和

    
# 冲突检测
def conflict(k):
    global n, x, X, t, best_t
    
    # 部分解内的作业编号x[k]不能超过1
    if  x[:k+1].count(x[k]) > 1:
        return True
        
    # 部分解的机器2执行各作业完成时间之和未有超过 best_t
    #total_t = sum([sum([y[0] for y in t][:i+1]) + t[i][1] for i in range(k+1)])
    j2_t = []
    s = 0
    for i in range(k+1):
        s += t[x[i]][0]
        j2_t.append(s + t[x[i]][1])
    total_t = sum(j2_t)
    if total_t > best_t > 0:
        return True
    
    return False # 无冲突

    
# 最佳作业调度问题 
def dispatch(k): # 到达第k个元素
    global n, x, X, t, best_t, best_x
    
    if k == n:  # 超出最尾的元素
        #print(x)
        #X.append(x[:]) # 保存(一个解)
        
        # 根据解x计算机器2执行各作业完成时间之和
        j2_t = []
        s = 0
        for i in range(n):
            s += t[x[i]][0]
            j2_t.append(s + t[x[i]][1])
        total_t = sum(j2_t)
        if best_t == 0 or total_t < best_t:
            best_t = total_t
            best_x = x[:]
    else:
        for i in range(n): # 遍历第k个元素的状态空间,机器编号0~n-1,其它的事情交给剪枝函数
            x[k] = i
            if not conflict(k): # 剪枝
                dispatch(k+1)



# 测试
dispatch(0)
print(best_x) # [0, 2, 1]
print(best_t) # 18

效果图

img_1218c6f7269c8cb9a8b26f7ebbfabf51.jpg

目录
相关文章
|
Python 机器学习/深度学习 安全
python 回溯法 子集树模板 系列 —— 19、野人与传教士问题
问题 在河的左岸有N个传教士、N个野人和一条船,传教士们想用这条船把所有人都运过河去,但有以下条件限制: (1)修道士和野人都会划船,但船每次最多只能运M个人; (2)在任何岸边以及船上,野人数目都不能超过修道士,否则修道士会被野人吃掉。
1321 0
|
Python 数据可视化
python 回溯法 子集树模板 系列 —— 1、8 皇后问题
问题 8×8格的国际象棋上摆放八个皇后,使其不能互相攻击,即任意两个皇后都不能处于同一行、同一列或同一斜线上,问有多少种摆法。 分析 为了简化问题,考虑到8个皇后不同行,则每一行放置一个皇后,每一行的皇后可以放置于第0、1、2、...、7列,我们认为每一行的皇后有8种状态。
935 0
|
16天前
|
安全 Java 数据处理
Python网络编程基础(Socket编程)多线程/多进程服务器编程
【4月更文挑战第11天】在网络编程中,随着客户端数量的增加,服务器的处理能力成为了一个重要的考量因素。为了处理多个客户端的并发请求,我们通常需要采用多线程或多进程的方式。在本章中,我们将探讨多线程/多进程服务器编程的概念,并通过一个多线程服务器的示例来演示其实现。
|
16天前
|
程序员 开发者 Python
Python网络编程基础(Socket编程) 错误处理和异常处理的最佳实践
【4月更文挑战第11天】在网络编程中,错误处理和异常管理不仅是为了程序的健壮性,也是为了提供清晰的用户反馈以及优雅的故障恢复。在前面的章节中,我们讨论了如何使用`try-except`语句来处理网络错误。现在,我们将深入探讨错误处理和异常处理的最佳实践。
|
19天前
|
缓存 监控 Python
解密Python中的装饰器:优雅而强大的编程利器
Python中的装饰器是一种强大而又优雅的编程工具,它能够在不改变原有代码结构的情况下,为函数或类添加新的功能和行为。本文将深入解析Python装饰器的原理、用法和实际应用,帮助读者更好地理解和利用这一技术,提升代码的可维护性和可扩展性。
|
1天前
|
机器学习/深度学习 人工智能 数据可视化
Python:探索编程之美
Python:探索编程之美
9 0
|
1天前
|
机器学习/深度学习 人工智能 数据处理
Python编程的魅力与实践
Python编程的魅力与实践
|
2天前
|
SQL 关系型数据库 MySQL
第十三章 Python数据库编程
第十三章 Python数据库编程
|
2天前
|
存储 网络协议 关系型数据库
Python从入门到精通:2.3.2数据库操作与网络编程——学习socket编程,实现简单的TCP/UDP通信
Python从入门到精通:2.3.2数据库操作与网络编程——学习socket编程,实现简单的TCP/UDP通信
|
8天前
|
安全 数据处理 开发者
《Python 简易速速上手小册》第7章:高级 Python 编程(2024 最新版)
《Python 简易速速上手小册》第7章:高级 Python 编程(2024 最新版)
19 1