算法設(shè)計(jì)與分析復(fù)習(xí)筆記之歸約整理

歸約是指問(wèn)題A的任何實(shí)例能用問(wèn)題B的方法來(lái)解決(判斷)盖彭,并且A的解為“是”,當(dāng)且僅當(dāng)B的解也是“是”喻圃。因此蒋纬,證明歸約是雙向的橄碾,目前遇到的大多歸約問(wèn)題(A ≤p B)都可以按以下步驟進(jìn)行:

  1. 構(gòu)造圖G,存在問(wèn)題A的解集颠锉;
  2. 在圖G基礎(chǔ)上,構(gòu)造圖G'(常添加邊或點(diǎn))史汗,使得問(wèn)題A的解集能反應(yīng)在G'中問(wèn)題B的解集(注意兩個(gè)問(wèn)題解集的規(guī)模k一定要有確定的聯(lián)系)琼掠;
  3. Claim:“圖G中存在問(wèn)題A的解集S,當(dāng)且僅當(dāng)圖G'中存在問(wèn)題B的解集S' ”停撞;
  4. 雙向證明瓷蛙,注意不要弄反方向。

也有不用構(gòu)造新圖的戈毒,比如點(diǎn)覆蓋到獨(dú)立集的規(guī)約艰猬,這種方法叫直接規(guī)約。但大多有些難度的歸約一般都需要構(gòu)造埋市。除了前面筆記寫的一部分歸約證明冠桃,下面整理了老師說(shuō)的需要重點(diǎn)掌握的歸約。

Subset-Sum ≤p Partition

Partition:集合能劃分成和相等的兩部分道宅。
構(gòu)造子集和問(wèn)題的實(shí)例食听,如集合S=\{x_{1}, x_{2}, ..., x_{n}\}胸蛛,子集和為W,需構(gòu)造集合S'樱报,使得集合S存在一個(gè)子集之和為W葬项,當(dāng)且僅當(dāng)集合S'存在一個(gè)partition\sum_{x\in A}x=\sum_{x\in \bar{A}}x
思路:構(gòu)造集合S'=\{x_{1}, x_{2}, ..., x_{n}, x_{n+1}, x_{n+2}\},其中x_{n+1}=2\sum_{i\in S}x_{i}-W, x_{n+2}=\sum_{i\in S}x_{i}+W

Subset-Sum ≤p Partition

=>
S存在一個(gè)子集A=\{a_{1}, a_{2}, ..., a_{k}\}, a_{i}\in S, k\leq n迹蛤,有\sum_{i\in A}a_{i}=W
那么集合S'中民珍,有\sum_{i\in A}a_{i}+x_{n+1}=\sum_{i\in \bar A}a_{i}+x_{n+2}=2\sum_{i\in S}x_{i}
所以集合S'存在一個(gè)劃分A\bigcup \{x_{n+1}\}\bar A\bigcup \{x_{n+2}\}
<=
集合S'能被劃分為兩個(gè)和相等的集合,可知x_{n+1}x_{n+2}不在一個(gè)劃分子集里
那么盗飒,存在一個(gè)集合A嚷量,設(shè)其元素之和為Y,有Y+x_{n+1}=\sum_{i\in S}x_{i}-Y+x_{n+2}
解出Y=W箩兽,即...

Subset-Sum ≤p Knapsack

Knapsack:給定物品的集合X津肛,每個(gè)物品有重量u_{i}和價(jià)值v_{i},背包最多承重U汗贫,目標(biāo)價(jià)值V身坐。問(wèn)是否存在物品的一個(gè)子集S,使得\sum_{i\in S}u_{i}\leq U, \sum_{i\in S}v_{i}\geq V落包?
第一步構(gòu)造Knapsack的實(shí)例部蛇,第二步證明集合X存在一個(gè)子集之和為W,當(dāng)且僅當(dāng)構(gòu)造的Knapsack具有可行方案咐蝇。
對(duì)一個(gè)子集和問(wèn)題的實(shí)例(w_{1}, w_{2}, ..., w_{n}, W)涯鲁,構(gòu)造Knapsack實(shí)例X,滿足
\qquad w_{i}=u_{i}, \sum_{i\in X}u_{i}\leq U
\qquad w_{i}=v_{i}, \sum_{i\in X}v_{i}\geq V

證明略(別的不會(huì)有序,略學(xué)得很像樣)抹腿。

Subset-Sum ≤p Schedule

Schedule:一個(gè)工作序列,每個(gè)工作具有到達(dá)時(shí)間r_{j}旭寿,處理時(shí)間t_{j}警绩,最遲完成時(shí)間d_{j},問(wèn)如何安排這些工作盅称,使得完成所有工作所需時(shí)間最短(在到達(dá)時(shí)間之后開(kāi)始處理肩祥、最遲完成時(shí)間之前結(jié)束處理)?
思路:對(duì)于給定的集合\{w_{1}, w{2}, ..., w_{n}\}和W缩膝,構(gòu)造一個(gè)工作安排實(shí)例混狠,證明若存在子集之和為W,當(dāng)且僅當(dāng)存在可行的工作安排疾层。
集合X=\{w_{1}, w{2}, ..., w_{n}\}将饺,構(gòu)造n個(gè)工作(從1開(kāi)始編號(hào)),有r_{j}=0, t_{j}=w_{j}, d_{j}=1+\sum w_{j},就是對(duì)到達(dá)時(shí)間和最遲完成時(shí)間沒(méi)有要求俯逾;再創(chuàng)建0號(hào)工作贸桶,t_{0}=1, r_{0}=W, d_{0}=W+1.
這個(gè)證明就比較顯而易見(jiàn),但這個(gè)構(gòu)造也太奇怪了桌肴,就是通過(guò)設(shè)置工作的到達(dá)時(shí)間和最遲完成時(shí)間來(lái)固定安排它們的位置皇筛。為什么可以構(gòu)造這樣的特例來(lái)證明呢?因?yàn)閄≤pY坠七,Y本身就是一個(gè)比X難的問(wèn)題水醋,那么我們就可以把Y的更多的約束條件舍去,讓它變成和X比較相像或者復(fù)雜度相當(dāng)?shù)腘PC問(wèn)題。

Subset-Sum ≤p Schedule

Partition ≤p Load-Balance

Partition ≤p Load-Balance

集合X=\{x_{1}, x_{2}, ..., x_{n}\},構(gòu)造Load-Balance實(shí)例Y=\{y_{1}, y_{2}, ..., y_{n}\}持钉,且每個(gè)工作的處理時(shí)間t_{j}=x_{j}芽腾,A\subseteq Y蔑穴,有\sum_{i\in A}t_{i}=\sum_{i\in \bar A}t_{i}.
證明略。

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