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IB-AI考点|爱“偷懒”的邮递员

夏老师-精英知了 64

前言:

眼前你们对“邮局问题 算法”都比较关注,你们都想要分析一些“邮局问题 算法”的相关内容。那么小编在网络上汇集了一些关于“邮局问题 算法””的相关知识,希望兄弟们能喜欢,各位老铁们一起来学习一下吧!

中国邮递员问题为著名图论问题之一,问题情况如下:邮递员从邮局出发送信,要求对辖区内每条街,都至少通过一次,再回邮局。在此条件下,怎样选择一条最短路线?此问题由中国数学家管梅谷于1960年首先研究并给出算法,因此被命名为“中国邮递员问题”。

讲到这里同学们可能会联想到一个熟悉的游戏-一笔画问题:在一张纸上,给定若干个点与若干连接点的线段,不抬起笔尖,怎样划出一条闭合的路线。

(图片来源于网络)

图文简介

图,简单来说,是点与线的集合。图论,即为研究图的性质,关系,算法的科学。

图论的概念起源于18世纪初期,当时瑞典数学家Euler解决了著名的Konisberg七桥问题,为图论的理论应用立下了一个坚实的基础。伴随随着工业技术的发展与计算机科技的诞生,不断精化的图论理论开始在各领域大放异彩。

解决邮递员问题的核心概念—度

想要系统化地解决邮递员问题,必须先了解一个概念:点的度(degree),也可被称作阶(order)。

接下来,咱们看看什么是度?

点的度定义:在图中,与某一点关联的边的数目。

奇数度的顶点称为奇点,反之为偶点。

举两个简单的例子:

例1:

下图中与点A相关联的边有AB与BC,因此点A的度为2。与点B相关联的边只有AB,因此点B的度为1,与点C相关联的边只有AC,因此点C的度为1

例2:

下图中与点A相关联的边有AB与BC,因此点A的度为2。与点B相关联的边只有AB、BC,因此点B的度为2,与点C相关联的边有AC、BC、CD、CE,因此点C的度为4。下图中与点D相关联的边有CD与DE,因此点D的度为2。同理点E的度也为2。

值得一提的是,在本张图中,每一个点的度都为偶数。换言之,每个点都是点。此时,例2的图被称为欧拉图。找到或者构造欧拉图,是中国邮递员问题的核心目标。现在回到中国邮递员问题的目标,在例2 图中,从任意一个点出发,都可以构造出一条邮递员路径,例如:从点A出发,我们通过 A-B-C-E-D-C-A的路径,即可以经过图中所有的线,这里有的同学可能会问了,如果一个图中存在奇点,即度为奇数的点,该怎么办呢?

我们这里把例2的图稍微改一下,此时点B和点E的度都变成了3,根据不同的目标和限制条件,有两种优化方式:

1.继续连接BE,使得BE的度全部变为4,此时图再次成为欧拉图。

2.我们选择B作为路径起点,E作为路径终点,这样同样可以构造出中国邮递员问题的解。

思考题:

构造一条从A点出发,在A点结束的邮递员路径。(提示:某些边可以重复走)如果可以,找到总长最短的路径。

本期IB学习干货文章由美国罗彻斯特大学统计硕士Joseph老师整理编辑!更多国际教育学习干货我将持续更新,欢迎关注!遇到学习或申请疑问的同学也可以来私聊咨询。

标签: #邮局问题 算法 #邮局问题算法设计案例