證明旅行商問題是NP難的


旅行商問題(TSP)是一種解決方案,其中一名銷售人員必須從一個地方出發,依次訪問所有其他城市,然後返回其出發地。TSP 的目標是找到最短路徑。多項式時間難度稱為 NP 難,它定義了一類問題的特性。子集和問題是 NP 難問題的簡單示例。

NP-難 - 無法在多項式時間內解決的問題類別稱為 NP-難。

讓我們以五個城市為例,瞭解銷售人員如何以最短距離訪問每個城市。

在圖中的這兩個可能性中,我們更傾向於哪一個?

在這兩張圖中,圖 II 表示最短/最小距離路徑。在圖 I 中,當銷售人員從 Chennai(點 1)前往 Hyderabad(點 5)時,需要花費大量時間才能返回其出發地,並且總行程距離很長,即 (1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 1),但在圖 II 的情況下,銷售人員直接到達點 3(孟買),這節省了時間,並且覆蓋了總的最小距離,即 (1 -> 3 -> 5 -> 1)。

我們能否找到 32 個城市問題的可能性?

可能性由(n-1)!/2 解決方案給出。

  • 在 4 個城市問題的情況下,

我們有 (4-1)!/2 = 3!/2

因此,總共有 3 種覆蓋距離的可能性。

讓我們看看圖片,瞭解 4 個城市的可能性。

  • 在 3 個城市問題的情況下,只有一種覆蓋距離的可能性。

現在,讓我們考慮 41 個城市的問題,從中我們可以理解 NP-難問題。

在 41 個城市的情況下,銷售人員訪問每個城市將有 40!/2 種解決方案。

如果銷售人員到達每個城市並找到最佳路線,則需要

  • 40! / (2*106) 秒

或 40! / (2*106*24*60*60) 天

或 40! / 365*(2*106*24*60*60) 年 = 6.8 * 1013 倍,這超過了地球的壽命。因此,不可能找到所有可能的路線並獲得最優解,而這類問題稱為 NP-難。

結論

我們探討了 NP 難的旅行商問題的概念。我們看到了許多圖,這些圖簡單地給出了最小距離的含義並找到了最佳路線,但是當我們瞭解 NP 難問題時,我們觀察到這類問題無法在多項式時間內解決。所以,這就是 NP 難。

更新於: 2023年5月10日

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