中國郵遞員問題

中國郵遞員問題

中國郵遞員問題是郵遞員在某一地區的信件投遞路程問題。郵遞員每天從郵局出發,走遍該地區所有街道再返回郵局,問題是他應如何安排送信的路線可以使所走的總路程最短。這個問題由中國學者管梅谷在1960年首先提出,並給出了解法——“奇偶點圖上作業法”,被國際上統稱為“中國郵遞員問題”。用圖論的語言描述,給定一個連通圖G,每邊e有非負權),要求一條迴路經過每條邊至少一次,且滿足總權最小。

定義

一個郵遞員從郵局出發,要走完他所管轄範圍內的每一條街道,至少一次再返回郵局,如何選擇一條儘可能短的路線?這就是中國郵遞員問題(CPP),其命名是因為中國數學家管梅谷在1962年首先提出了這個問題。如果用頂點表示交叉路口,用邊表示街道,那么郵遞員所管轄的範圍可用一個賦權圖來表示,其中邊的權重表示對應街道的長度。

圖論語言

中國郵遞員問題可用圖論語言敘述為:在一個具有非負權的賦權連通圖G中,找出一條權最小的環遊。這種環遊稱為最優環遊。若G是歐拉圖,則G的任意歐拉環遊都是最優環遊,從而可利用弗勒里算法求解。若G不是歐拉圖,則G的任意一個環遊必定通過某些邊不止一次。將邊e的兩個端點再用一條權為w(e)的新邊連線時,稱邊e為重複的。此時CPP與下述問題等價,若G是給定的有非賦權的賦權連通圖,

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(1)用添加重複邊的方法求G的一個歐拉賦權母圖 ,使得 儘可能小;

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(2)求 的歐拉環遊。

此圖圖論中和中國郵遞員問題類似的是旅行商問題,區別於中國郵遞員問題,旅行商問題是說在邊賦權的完全圖中找一個權和最小的哈密爾頓圈。

埃德蒙茲(J.Edmonds)和詹森(E.L.Johnson)在1973年給出了求解(1)的多項式時間算法。

如果郵遞員所通過的街道都是單向道,則對應的圖應為有向圖。1973年,埃德蒙茲和詹森證明此時CPP也有多項式時間算法。帕帕季米特裡屋(C.H.Papadimitrious)在1976年證明,如果既有雙向道,又有單向道,則CPP是NP困難的。

TSP問題

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Traveling Salesman Problem,即旅行商問題,是數學領域中著名問題之一。假設有一個旅行商人要拜訪N個城市,他必須選擇所要走的路徑,路徑的限制是每個城市只能拜訪一次,而且最後要回到原來出發的城市。路徑的選擇目標是要求得的路徑路程為所有路徑之中的最小值,這是一個NP難問題。

TSP的歷史很久,最早的描述是1759年歐拉研究的騎士週遊問題,即對於西洋棋棋盤中的64個方格,走訪64個方格一次且僅一次,並且最終返回到起始點。

TSP由美國RAND公司於1948年引入,該公司的聲譽以及線形規劃這一新方法的出現使得TSP成為一個知名且流行的問題。

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