Προβλήματα βέλτιστων μονοπατιών Δρομολόγηση μιας οντότητας ανάμεσα σε δύο σημεία ενός δικτύου έτσι ώστε να ελαχιστοποιήσουμε ένα κόστος, μια διάρκεια, κτλ. Εφαρμογές: Χρονοπρογραμματισμός (διαχείριση εργασιών, προγραμμάτων,...)
Τύποι Προβλημάτων Κατευθυνόμενος γράφος με βάρη: G = (X, A, W) X σύνολο n κόμβων Α σύνολο m(κατευθυνόμενων) πλευρών W(i, j) κόστος (κατευθυνόμενης) πλευράς ( x, y ) Κόστος ενός μονοπατιού που συνδέει δύο κόμβους του είναι το άθροισμα των κοστών των (κατευθυνόμενων) πλευρών του. i j
Τύποι Προβλημάτων Πρόβλημα Α: Δεδομένων δύο κόμβων s και t, να βρεθεί το συντομότερο μονοπάτι από τον κόμβο s προς τον κόμβο t. Πρόβλημα Β: Δεδομένου ενός κόμβου αφετηρίας s, να βρεθεί το συντομότερο μονοπάτι από το s προς κάθε άλλο κόμβο. Πρόβλημα C: Να βρεθεί το συντομότερο μονοπάτι ανάμεσα σε κάθε ζευγάρι κόμβων.
Παράδειγμα: G= (X,A,W) S= 7
Kατευθυνόμενο δέντρο συντομότερων μονοπατιών S= 7 8 κόστος 7 κόστος κόστος κόστος..
Αλγόριθμοι με οριστικοποίηση ετικετών (Greedy για πρόβλημα Β) Γράφος G=(Χ, A, w), Χ = n, A = m και w(i,j) 0 Για κάθε κόμβο x : V[x], τιμή του συντομότερου μονοπατιού από τον κόμβο αφετηρία s προς τον κόμβο x. Διατήρηση για κάθε κόμβο x προσπελάσιμο ξεκινώντας από τον κόμβο s : P[x]. Σε κάθε επανάληψη, ένας κόμβος x δέχεται την οριστική του ετικέτα (θα λέμε ότι είναι φιξαρισμένος). Ένας πίνακας FIXE[ ] θα δείχνει τους φιξαρισμένους κόμβους.
παράδειγμα (P[x], V[x]) (,0) S= Πατέρας Αρχικοποίηση Τιμή 7
(,0) S= Αρχικοποίηση Βήμα επέλεξε κόμβο 7
(P[x], V[x]) (,0) S= (,) 7 (,) Αρχικοποίηση Βήμα επέλεξε κόμβο (ενημέρωση γειτόνων)
FIXED (,0) S= (,) Αρχικοποίηση Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο 7
FIXED (,0) S= (,) (,) (,) 7 (,) Αρχικοποίηση Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο (ενημέρωση γειτόνων του )
FIXED (,0) S= (,) (,) (,) 7 (,) Αρχικοποίηση Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο NOT FIXED
FIXED (,0) S= (,) (,) (,) 7 (,) Αρχικοποίηση (,) Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο (ενημέρωση γειτόνων του ) NOT FIXED
FIXED (,0) S= (,) (,) (,) 7 (,) Αρχικοποίηση (,) Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο NOT FIXED
FIXED (,0) S= (,) (,) (,) 7 (,) Αρχικοποίηση (, 7) (,) Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο (ενημέρωση γειτόνων του ) NOT FIXED
FIXED (,0) S= (,) (,) (,) 7 (,) Αρχικοποίηση (, 7) (,) Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο NOT FIXED
FIXED (,0) S= (,) (,) (,) 7 (,) Αρχικοποίηση (, 7) (,) Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο (ενημέρωση γειτόνων του ) NOT FIXED
FIXED (,0) S= (,) (,) (,) 7 (,) Αρχικοποίηση (, 7) (,) Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο NOT FIXED
FIXED (,0) S= (,) (,) (,) 7 (,) Αρχικοποίηση (, ) (, 8) (, 7) (,) Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο (ενημέρωση γειτόνων του ) NOT FIXED
FIXED (,0) S= (,) (,) (,) (, ) (, 8) (, 7) 7 (,) (,) Αρχικοποίηση Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα 7 επέλεξε κόμβο 7 NOT FIXED
FIXED (,0) S= (,) (,) (,) (7, 7) (, ) (, 8) (, 7) 7 (,) (,) Αρχικοποίηση Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα 7 επέλεξε κόμβο 7 (ενημέρωση γειτόνων του 7) NOT FIXED
FIXED (,0) S= (,) (,) (,) (7, 7) (, ) (, 8) (, 7) 7 (,) (,) Αρχικοποίηση Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα επέλεξε κόμβο Βήμα 7 επέλεξε κόμβο 7 Βήμα 8 επέλεξε κόμβο 8
(,0) S= (, ) (, ) (, ) (, ) (7, 7) 7 (, ) (, ) Κόμβος : P[]=, P[]=, P[]=. Μονοπάτι: Κατευθυνόμενο δέντρο ελάχιστων μονοπατιών
Αρχικοποίησε τον πίνακα V με --#-- P με 0 --#-- FIXE σε False Θέσε V[S] = 0 και P[S] = Repeat --- --- Until {x V[x] < } = Ø
Repeat Επέλεξε ένα κόμβο x ΜΗ φιξαρισμένο και με ελάχιστο V[x] ΑN V[x] < ΤΟΤΕ Φίξαρε x Για κάθε y επόμενο του x και ΜΗ φιξαρισμένο An V[y] > V[x] + W(x,y) ΤΟΤΕ V[y] = V[x] + W(x,y) Θέσε P[y] = x /*απομνημόνευσε ότι ερχόμαστε στο y απο τον x */ Until {x V[x] < } = Ø
Ορθότητα αλγορίθμου Dijkstra FIXED x t W xy W tz y V(y) W zy z V(z) G NOT FIXED V[z] V[y]
Ορθότητα αλγορίθμου Dijkstra FIXED x t W xy W tz y V(y) W zy z V(z) G NOT FIXED [ ] Vz [ ] [ ] [ ] [ ] Vy Vz+ W < Vy Vz zy zy W 0 ΑΔΥΝΑΤΟ
Αρνητικά βάρη (κόστος = ) (κόστος = ) - -
Αρνητικά βάρη - (, 0) -
Αρνητικά βάρη - (, 0) (, -) (, ) -
Αρνητικά βάρη - (, 0) (, -) (, ) (, ) -
Αρνητικά βάρη - (, 0) (, -) (, ) (, ) -
Αρνητικά βάρη - (, 0) (, -) (, ) (, ) -
Αρνητικά βάρη - (, 0) (, -) (, ) (, ) - Αποτέλεσμα λάθος
Αρνητικά βάρη (Dijkstra) - (, 0) (, -) (, ) (, ) αποτέλεσμα λάθος - - - αποτέλεσμα ορθό
Αρνητικά βάρη 00 - - - Επιδιόρθωση είναι εφικτή?
Αρνητικά βάρη 00+00 99 99 99 Πρόσθεση ενός μεγάλου αριθμού δεν επιδιορθώνει το πρόβλημα!