python 回溯法 子集树模板 系列 —— 9、旅行商问题(TSP)

简介: 问题旅行商问题(Traveling Salesman Problem,TSP)是旅行商要到若干个城市旅行,各城市之间的费用是已知的,为了节省费用,旅行商决定从所在城市出发,到每个城市旅行一次后返回初始城市,问他应选择什么样的路线才能使所走的总费用最短?分析此问题可描述如下:G=(V,E)是带权的有向图,找到包含V中每个结点一个有向环,亦即一条周游路线,使得这个有向环上所有边成本之和最小。

问题

旅行商问题(Traveling Salesman Problem,TSP)是旅行商要到若干个城市旅行,各城市之间的费用是已知的,为了节省费用,旅行商决定从所在城市出发,到每个城市旅行一次后返回初始城市,问他应选择什么样的路线才能使所走的总费用最短?

img_d3ac17839ba0e9f2e64cdfabf2bb9732.jpg

分析

此问题可描述如下:G=(V,E)是带权的有向图,找到包含V中每个结点一个有向环,亦即一条周游路线,使得这个有向环上所有边成本之和最小。

这个问题与前一篇文章的区别就是,本题是带权的图。只要一点小小的修改即可。

解的长度是固定的n+1。

对图中的每一个节点,都有自己的邻接节点。对某个节点而言,其所有的邻接节点构成这个节点的状态空间。当路径到达这个节点时,遍历其状态空间。

最终,一定可以找到最优解!

显然,继续套用回溯法子集树模板!!!

代码


'''旅行商问题(Traveling Salesman Problem,TSP)'''


# 用邻接表表示带权图
n = 5  # 节点数
a,b,c,d,e = range(n) # 节点名称
graph = [
    {b:7, c:6, d:1, e:3},
    {a:7, c:3, d:7, e:8},
    {a:6, b:3, d:12, e:11},
    {a:1, b:7, c:12, e:2},
    {a:3, b:8, c:11, d:2}
]

x = [0]*(n+1)  # 一个解(n+1元数组,长度固定)
X = []         # 一组解

best_x = [0]*(n+1)  # 已找到的最佳解(路径)
min_cost = 0        # 最小旅费


# 冲突检测
def conflict(k):
    global n,graph,x,best_x,min_cost
    
    # 第k个节点,是否前面已经走过
    if k < n and x[k] in x[:k]:
        return True
        
    # 回到出发节点
    if k == n and x[k] != x[0]:
        return True
        
    # 前面部分解的旅费之和超出已经找到的最小总旅费
    cost = sum([graph[node1][node2] for node1,node2 in zip(x[:k], x[1:k+1])])
    if 0 < min_cost < cost:
        return True
    
    return False # 无冲突
    

# 旅行商问题(TSP)
def tsp(k): # 到达(解x的)第k个节点
    global n,a,b,c,d,e,graph,x,X,min_cost,best_x
    
    if k > n: # 解的长度超出,已走遍n+1个节点 (若不回到出发节点,则 k==n)
        cost = sum([graph[node1][node2] for node1,node2 in zip(x[:-1], x[1:])]) # 计算总旅费
        if min_cost == 0 or cost < min_cost:
            best_x = x[:]
            min_cost = cost
            #print(x)
    else:
        for node in graph[x[k-1]]: # 遍历节点x[k-1]的邻接节点(状态空间)
            x[k] = node
            if not conflict(k): # 剪枝
                tsp(k+1)


# 测试
x[0] = c # 出发节点:路径x的第一个节点(随便哪个)
tsp(1)   # 开始处理解x中的第2个节点
print(best_x)
print(min_cost)

效果图

img_4af14fdb3a7bc572589fc5b4c4ec3d13.jpg

目录
相关文章
|
Python
python 回溯法 记录
一直不是太理解回溯法,这几天集中学习了一下,记录如下。 回溯法有“通用的解题法”之称。 1.定义:  也叫试探法,它是一种系统地搜索问题的解的方法。 2.基本思想:  从一条路往前走,能进则进,不能进则退回来,换一条路再试。
3173 0
|
3月前
|
数据采集 机器学习/深度学习 人工智能
Python:现代编程的首选语言
Python:现代编程的首选语言
287 102
|
3月前
|
数据采集 机器学习/深度学习 算法框架/工具
Python:现代编程的瑞士军刀
Python:现代编程的瑞士军刀
314 104
|
3月前
|
人工智能 自然语言处理 算法框架/工具
Python:现代编程的首选语言
Python:现代编程的首选语言
260 103
|
3月前
|
机器学习/深度学习 人工智能 数据挖掘
Python:现代编程的首选语言
Python:现代编程的首选语言
193 82
|
2月前
|
Python
Python编程:运算符详解
本文全面详解Python各类运算符,涵盖算术、比较、逻辑、赋值、位、身份、成员运算符及优先级规则,结合实例代码与运行结果,助你深入掌握Python运算符的使用方法与应用场景。
179 3
|
2月前
|
数据处理 Python
Python编程:类型转换与输入输出
本教程介绍Python中输入输出与类型转换的基础知识,涵盖input()和print()的使用,int()、float()等类型转换方法,并通过综合示例演示数据处理、错误处理及格式化输出,助你掌握核心编程技能。
420 3
|
2月前
|
并行计算 安全 计算机视觉
Python多进程编程:用multiprocessing突破GIL限制
Python中GIL限制多线程性能,尤其在CPU密集型任务中。`multiprocessing`模块通过创建独立进程,绕过GIL,实现真正的并行计算。它支持进程池、队列、管道、共享内存和同步机制,适用于科学计算、图像处理等场景。相比多线程,多进程更适合利用多核优势,虽有较高内存开销,但能显著提升性能。合理使用进程池与通信机制,可最大化效率。
264 3
|
2月前
|
Java 调度 数据库
Python threading模块:多线程编程的实战指南
本文深入讲解Python多线程编程,涵盖threading模块的核心用法:线程创建、生命周期、同步机制(锁、信号量、条件变量)、线程通信(队列)、守护线程与线程池应用。结合实战案例,如多线程下载器,帮助开发者提升程序并发性能,适用于I/O密集型任务处理。
260 0