软工2301苏伟锋 2024-12-17 10:17:53
1. 最小重量机器设计问题分析 1.1 解空间 “最小重量机器设计问题”的解空间是由所有可能的机器部件组合构成的集合。假设有n个部件,每个部件有若干种可选型号,那么解空间就是这n个部件各自选择一种型号所形成的所有不同组合情况。例如,部件1有m1种型号可选,部件2有m2种型号可选……部件n有mn种型号可选,解空间大小就是m1×m2×…×mn种不同的组合情况,它包含了满足问题条件的所有潜在解。 1.2 解空间树 其解空间树通常是一棵多叉树(因为每个部件可选型号一般不止两种),树的每一层对应一个部件,从根节点开始,第1层节点表示对第1个部件选择不同型号的分支,第2层节点表示在第1个部件选定型号基础上,第2个部件选择不同型号的分支,以此类推,直到第n层表示最后一个部件选择完型号,叶节点就代表一种完整的机器部件选型组合(也就是一个完整的解)。 1.3 每个结点的状态值 在遍历解空间树的过程中,每个节点的状态值可以包含当前已选择的部件型号组合情况以及对应的当前机器总重量(根据已选部件型号按一定规则计算得出)等信息。例如,记录已选了哪些部件以及它们对应的具体型号,同时实时计算并记录按照这些选择所产生的机器整体重量,方便后续进行比较和判断是否满足限界条件等操作。 1.4 利用限界函数进行剪枝 限界函数通常是基于当前节点所代表的部分解情况预估其继续扩展能否得到更优解。如果当前节点对应的机器重量已经超过了已知的某个较优解(比如已经找到的最小重量的某个界限值),那么就没必要再继续扩展该节点下的子树了(也就是进行剪枝操作),因为继续往下找只会得到更差的解或者同样差的解,通过这种方式可以有效减少不必要的搜索空间,提高算法效率。 2. 对回溯算法的理解 回溯算法是一种用于搜索问题所有解或者最优解的通用算法策略。它采用深度优先搜索的方式去遍历解空间树,从根节点开始,沿着一条路径不断向下拓展节点(也就是不断做出选择构建解),当发现当前节点不满足约束条件或者通过限界函数判断继续下去不可能得到更优解时,就回溯到上一层节点(撤销之前的选择),然后尝试其他的分支路径。不断重复这个过程,直到遍历完整个解空间树(如果是找所有解)或者找到满足要求的最优解(如果是求最优解问题)。回溯算法的关键在于合理定义解空间、解空间树结构、节点状态以及有效的限界函数,通过巧妙的剪枝操作来避免无效搜索,从而提高算法在求解问题时的效率。
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