- 回溯法分析 “最小重量机器设计问题”
1.1 解空间
“最小重量机器设计问题” 的解空间是 所有可能的部件供应商选择组合。
具体来说:机器由n个部件组成,每个部件有m个供应商可选,因此解空间是一个长度为n的序列(x₁, x₂, ..., xₙ),其中xᵢ ∈ {1, 2, ..., m}(xᵢ表示第i个部件选择的供应商编号)。
解空间的规模为mⁿ(每个部件有m种选择,共n个部件)。
1.2 解空间树
解空间树是一棵 m叉树,树的深度为n(对应n个部件)。
根结点:表示 “尚未选择任何部件的供应商” 的初始状态。
第i层的结点(1 ≤ i ≤ n):表示 “已确定前i个部件的供应商” 的状态。
每个结点的子结点:对应下一个部件的m个供应商选择(例如,第i层结点的子结点,对应第i+1个部件的m种供应商选项)。
以输入样例(n=3, m=3)为例,解空间树是一棵 3 叉树,深度为 3:根结点是第 0 层,第 1 层对应第 1 个部件的 3 个供应商,第 2 层对应第 2 个部件的 3 个供应商,第 3 层对应第 3 个部件的 3 个供应商,叶结点(第 3 层)就是所有可能的选择组合(共3³=27个)。
1.3 遍历解空间树时每个结点的状态值
在回溯遍历过程中,每个结点需要记录以下状态信息:
已选择的部件供应商序列:即前k个部件的供应商选择(k是当前结点所在的层数)。
已花费的总价格:前k个部件的价格之和(需满足 “不超过d” 的约束)。
已累计的总重量:前k个部件的重量之和(用于后续比较最小重量)。 - 对回溯算法的理解
回溯算法是一种 “试错式” 的暴力搜索策略,核心思路是:从问题的可能解空间树出发,按深度优先的方式遍历树的结点;在遍历过程中,通过 “约束条件” 剪去不满足要求的分支,通过 “限界条件” 剪去不可能得到最优解的分支,从而减少搜索范围,最终找到问题的解(或最优解)。
它的特点可以总结为:
通用性:适用于大部分 “组合优化类问题”(如排列、组合、子集选择等),只要问题能抽象为解空间树的形式。
效率依赖剪枝:若没有剪枝(即纯暴力搜索),时间复杂度通常是指数级;但通过合理的约束 / 限界剪枝,可以大幅降低实际搜索的结点数。
“回溯” 的本质:当遍历到某一结点时,若发现该结点对应的分支无法得到解(或最优解),则 “回退” 到父结点,尝试其他子分支(避免无效的深入搜索)。
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