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NP完全性 算法摘记

2018年01月19日 ⁄ 综合 ⁄ 共 1554字 ⁄ 字号 评论关闭

     多项式时间在计算复杂度理论中,指的是一个问题的计算时间m(n)不大于问题大小n的多项式倍数。通俗点来说,多项式时间就是指时间复杂度是个多项式,或者说,就是这个程序运行的时间随着数据规模n变化的函数为f(n),那么,f(n)是个多项式函数,那么就可以说是控制在多项式之内。举个例子,现在从n阶图中找两点的最短路径,复杂度为n^2级别(即O(n^2),O是大写欧),而n^2对于n是多项式(单项式当然也算),这就称为是多项式复杂度,或者多项式时间,其中问题(算法)的规模是n。如果某一个算法的规模是n,但是复杂度比如是2^n,写不成n的多项式,那就不是多项式时间。

       P类问题:所有可以在多项式时间内求解的判定问题构成P类问题。判定问题判断是否有一种能够解决某一类问题的能行算法的研究课题。

        NP类问题:所有的非确定性多项式时间可解的判定问题构成NP类问题。非确定性算法:非确定性算法将问题分解成猜测和验证两个阶段。算法的猜测阶段是非确定性的,算法的验证阶段是确定性的,它验证猜测阶段给出解的正确性。设算法A是解一个判定问题Q的非确定性算法,如果A的验证阶段能在多项式时间内完成,则称A是一个多项式时间非确定性算法。有些计算问题是确定性的,比如加减乘除之类,你只要按照公式推导,按部就班一步步来,就可以得到结果。但是,有些问题是无法按部就班直接地计算出来。比如,找大质数的问题。有没有一个公式,你一套公式,就可以一步步推算出来,下一个质数应该是多少呢?这样的公式是没有的。再比如,大的合数分解质因数的问题,有没有一个公式,把合数代进去,就直接可以算出,它的因子各自是多少?也没有这样的公式。这种问题的答案,是无法直接计算得到的,只能通过间接的“猜算”来得到结果。这也就是非确定性问题。而这些问题的通常有个算法,它不能直接告诉你答案是什么,但可以告诉你,某个可能的结果是正确的答案还是错误的。这个可以告诉你“猜算”的答案正确与否的算法,假如可以在多项式(polynomial)时间内算出来,就叫做多项式非确定性问题。

       NPC问题NP中的某些问题的复杂性与整个类的复杂性相关联.这些问题中任何一个如果存在多项式时间的算法,那么所有NP问题都是多项式时间可解的.这些问题被称为NP-完全问题(NPC问题)。

       P类问题,NP类问题,NPC之间的关系可有下图(此图正确性有待证明)表示:

    总结:P类问题是可以在多项式时间内解决的,polynomial
problem。

  NP类问题,可以在多项式的时间里验证一个解的问题,non deterministic polynomial

  NPC问题,最不可能转换为p决定的问题的集合,np
complete


  目前已知的NP完全性问题就有2000多个,在图上定义的许多组合优化问题是NP完全性问题,如货郎问题、调度问题、最大团问题、最大独立集合问题、Steiner树问题、背包问题、装箱问题等,遇到这类问题时,通常从以下几个方面来考虑,并寻求解决办法: 

    (1) 动态规划法:较高的解题效率。 

    (2) 分枝限界法: 较高的解题效率。 

    (3) 概率分析法: 平均性能很好。 

    (4) 近似算法: 近似解代替最优解。 
这类算法可以快速发现离最佳解在一定差距内的次佳解。

    (5) 启发式算法:根据具体问题的启发式搜索策略在求解,在实际使用可能很有效,但有时很难说清它的道理。 
这种算法在许多时候可以产生理性解答(即运用评比或线索找出解),但无法保证它效率的良莠与解答的好坏程度。

  • 乱数算法:此类算法可提供一乱数产生的输入资料,让本质上解答分布均匀的受测程式可以有良好的求解效率。对于解答分布不均匀的程式,则可以降低乱数程度以改变输入资料。

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