Hamilton哈密顿最短路径(二进制状态压缩)

问题简述:


哈密顿最短路径即为从起点到终点,计算出经过图中所有点的最短路径。(点较少的情况)

简单理解

由于途中点较少,可能会直接想到暴力枚举所有点的全排列,然后计算最短距离,其时间复杂度为 O ( n ∗ n ! ) O(n * n !) O(nn!),但是如果使用动态规划,枚举每个点被经过的状态的话,那么可以将时间复杂度降到 O ( n 2 ∗ 2 n ) O(n ^ 2 * 2 ^ n) O(n22n).

解题思路

假设点a,那么经过点a 的状态只有经过和还没有经过两个状态,所以这里就可以用到二进制状态压缩,将经过定义为1,没经过定义为0。假设途中一共又n个点,那么其状态就可以用一个长度为n的二进制数表示。

我们在使用DP的时候,DP的初态就是在起点上的状态,由于起点是被经过了的,所以现在的二进制数为1, ,DP的终态就是在终点的时候,所有点都已经被经过了,所以其经过点的状态就是由n个1组成的二进制数,转换为十进制就为 ( 1 < < n ) − 1 (1 << n) - 1 (1<<n)1

由于我们要知道的不是从起点到终点的最短路径,而是经过所有点的最短路径,所以我们要在DP的每一个状态下,计算出起点到当前经过点的最短路径。

即:当遍历到状态 i ( 二 进 制 状 态 的 十 进 制 表 示 ) i (二进制状态的十进制表示) i() 时,在此状态下点 j j j 是被经历过了的,那么在这个状态下,起点到 j j j 点的距离在一定要计算出是最短的,怎么计算出最短的呢,就是枚举所有点,作为中间点,将上一个还未经过 j 点状态下到被枚举点的最短距离,加上枚举点到j点的距离:
k为中间点, i x o r ( 1 < < j ) i ^{xor} (1 << j) ixor(1<<j) 即为上一个状态,所以得到动态方程如下:

动态方程:
d p [ i ] [ j ] = m i n ( d p [ i ] [ j ] , d p [ i x o r ( 1 < < j ) ] [ k ] + w e i g h t [ k ] [ j ] dp[i][j] = min(dp[i][j], dp[i ^{xor} (1 << j)][k] + weight[k][j] dp[i][j]=min(dp[i][j],dp[ixor(1<<j)][k]+weight[k][j]

代码模板示例:

memset(dp, INF, sizeof(dp));//初始化
dp[1][0] = 0;//走了1个点时的第0个点的最短路
for(int i = 1; i < 1 << n; i ++ ){//枚举每一个点的走或者未走情况
    for(int j = 0; j < n; j ++ ){//枚举每一个点
        if(i >> j & 1){//此时的j点是已走点
            for(int k = 0; k < n; k ++ ){//枚举所有点
                dp[i][j] = min(dp[i][j], dp[i ^ 1 << j][k] + weight[k][j]); //求出i的状态下到第j点的最短路
            }
        }
    }
}
cout << dp[(1 << n) - 1][n - 1] << "\n";

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