最小曼哈顿网路算法

xiaobingforever

觉得是个有意思的问题，希望有兴趣的朋友一起探讨，当然这个世界级猜想早几个月才被复旦大学大三学生郭泽宇破解，很牛！也给我们大学本科阶段追求创新一些启示，这几天正在做中南大学的培训题《城市生活垃圾管理问题》，设计到垃圾收运路线的设计，而城市垃圾收运路线正是一个曼哈顿网络问题，当然是最小时间，还是最短路径，看个人理解，要解决这个问题看似方法很多，大多数是当做一个TSP图论问题来求解，或者建立规划模型，用的方法也大多是模拟退火、遗传算法、蚁群算法等等，比较有新意是分析曼哈顿的特殊结构，运用基于约束的网格聚类方法从类的角度考虑，就降低了数百个收集点的运算复杂度。当然更好的方法就是破解这个世界级难题，从而一劳永逸。到知网等网站搜了下，相关的学术文献很少， 有点意思。  
% ?; q) I, t5 f3 q              最小Manhattan网络问题是近年来受到广泛关注的计算几何和组合最优化问题。在大规模集成电路（VLSI）设计、分布式算
　　　　
　　　　法、计算生物学、网络设计、城市规划等领域发挥着越来越大的作用。
& D8 Z, X, X2 c& O  E- g7 X; L　　　　给定平面上一个点集T，其Manhattan网络由水平和垂直线段组成，并满足T中任意两点间在网络中存在Manhattan路径。可知
　　　　
4 g7 w* b8 G- R% t. b5 K; z; y　　　　Manhattan网络即为L1-范数下给定点集的一个1-spanner。更一般的概念称作geometric spanner或k-spanner，由于具有良
　　　　
, S' R, L) s! Y- ^6 Z　　　　好的性质，其应用十分广泛，包括邻近问题（proximity problems）的求解、机器人的运动规划、通信网络的可靠性等等。
　　　　
　　　　在本问题中，要求Manhattan网络中线段总长度最短，即以最小的代价构造给定点集的Manhattan网络。此外，F. Lam [5]
　　　　
　　　　等人在生物序列比对问题中应用了Manhattan网络的近似算法，显著减小了搜索空间。这显示了最小Manhattan网络问题在计
3 S) s0 v( h! Y" g　　　　
　　　　算生物学中的应用。
　　　　由此可见，这一问题的研究无论在理论还是实际中都有十分重要的意义。
　　　　最小Manhattan网络问题由J. Gudmundsson, C. Levcopoulos和G. Narasimhan [4] 于1999年最早提出。之后，许多学者研
& B* k! j& M: C* @2 G8 Z　　　　
　　　　究并给出了这一问题多项式时间近似算法。之前通过组合方法设计的最佳近似算法（3-近似）由M. Benkert [1] 等人在
　　　　
　　　　2004年给出。2005年，V. Chepoi [2] 等人提出了基于线性规划的2-近似算法，这是目前所知关于这一问题的最好近似度。
* [: X$ b; z( J' ?　　　　在过去半年的研究中，我在朱洪教授的指导下得到了该问题的2-近似算法。这一结果被国际学术会议AAIM接受，同时获得了
8 z" v  ^5 T  b- o( N　　　　
2 [5 E* d/ v1 B1 U/ d$ J　　　　审稿人的好评。在此之前，同一近似度的算法（V. Chepoi [2], 2005）的时间复杂度高达Ω(n^8)，而我们的算法时间复杂
　　　　
　　　　度仅为O(n^2)。此外，我们在这一问题的算法的设计和证明中首次应用了由D. E. Knuth和F. F. Yao [3] 提出的动态规划
2 e# ~6 @) |3 o　　　　
　　　　加速方法，将动态规划过程的时间复杂度由O(n^3)降低到O(n^2)。
3 k/ v) {" k- A4 ^# {8 e" V　　　　迄今为止，最小 Manhattan 网络问题的是否NP-难问题仍属未知，其不可近似性亦不清楚。因此，研究这一问题所属的复杂
　　　　
　　　　性类将具有极大的理论意义和实际价值。
/ R1 x- J/ n) M% G+ o　　　　
　　　　我们预期要解决的问题和解决途径包括：
/ X+ y# ?/ g2 D　　　　
5 @& |& |) \, l0 G　　　　(1)设计出具有更优近似度的近似算法。近似算法的设计方法主要包括：局部搜索，线性规划方法，原始对偶（primal-dual
* P& `3 a. s& D3 X" |7 I　　　　
　　　　）方法等。本问题已知的近似算法可以分为两类：一类方法是将全局最优网络问题规约为局部最优网络问题，再通过局部网
& ?# I8 S! {4 P8 g: j! G& H+ |　　　　
" j! u6 d8 T. Z4 B　　　　络的组合达到全局的较优解，如M. Benkert 等人在文献[1]提出的3-近似算法。在这一方法的使用中，我们已取得了国际领
7 l8 q6 }# n6 Q　　　　
1 z* t- o1 P3 C$ N　　　　先的成果。另一类则基于线性规划方法，如V. Chepoi等人在文献[2]提出的2-近似算法。
4 ~6 |/ U: A5 Q% J6 l0 A　　　　在第一阶段的研究中，一方面在我们已知的最好近似算法基础上，对问题的性质进行更细致地分析以尝试改进；另一方面对
　　　　
　　　　近似算法的设计进行系统的学习，探索其他的算法设计思路。
　　　　预计研究时间：2008/5-2008/11
　　　　
　　　　(2)研究该问题所属的复杂性类。尽管在过去的近十年里，最小Mahattan网络问题受到许多西方计算机科学家的重视，但是
' l" x$ n' H. }: w5 o6 z' B　　　　
　　　　到目前为止，人们还不清楚这一问题是否存在多项式时间算法。人们猜想这一问题是NP-完全的，但到目前为止还没有人给
2 O5 n: j. H$ g5 W. t( @" |! P　　　　
9 k& i- M8 L& U1 O　　　　出有效的证明。
　　　　一般来讲，证明一个问题是NP-完全的基本方式是将一已知的NP完全问题归约到所研究的问题上。这方面，已知的NP-完全的
　　　　
8 `$ z2 y8 l7 [# B" v　　　　计算几何和组合最优化问题的归约过程将具有很大参考价值。例如V. Chepoi [2] 在论文中提到的与最小Manhattan网络问
　　　　
　　　　题相当类似的RSA问题，已经由W.Shi 和C. Su [6] 给出了从Planar-3-SAT问题到该问题的归约，从而证明了该问题为NP-完
7 h- a0 p2 W9 k6 h7 Q" o6 t! O　　　　
　　　　全的。因此，我将在这一方面深入研究，通过阅读更多的计算几何学NP-完全问题规约的文章，掌握各种复杂的技巧。试图
　　　　
　　　　给出最小Manhattan网络问题的类似的归约方式，从而证明这一问题是NP-完全的。

4 B; o4 C. Q. |
呵呵，我觉得高教杯出类似这样的题，意义重大。

高肖鹏

where????????????

104476285

恩  很有意思

小小雨112233

这样啊圆满你来时、

小小雨112233

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小小雨112233

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小小雨112233

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