集合的应用----集合覆盖分析
集合覆盖问题(SetCoveringProblem,简称SCP)是运筹学研究中典型的组合优化问题之一,工业领域里的许多实际问题都可建模为集合覆盖问题,如资源选择问题、设施选址问题(移动基站的选址、物流中心的选址)等。
问题: 给定一个集合S,集合P是由集合S的子集A1到An组成,集合C由集合P中的一个或者多个自己组成。如果S中的每个成员都包含在C的至少一个自己中车成为集合C覆盖S。此外,C包含的P的子集应该越少越好。
这里给出针对集合覆盖的算法的一种近似算法(当然不一定是最优解)。算法原理:从集合P中选择一个子集An(An是包含集合S元素最多的子集),然后P中选择一个自己Am(Am是包含An中未包含集合S中的元素中最多的子集)......依次类推,直到全部覆盖。
案例:求12种技能集合S = {a,b,c,d,e,f,g,h,i,j,k,l}的最佳覆盖集,考虑到现有7名待选选手集合P={A1,A2......A7}。P种选手的技能集合如下为:A1={a,b,c,d} ,A2={e,f,g,h,i},A3={j,k,l},A4={a,e},A5={b,f,g},A6={c,d,g,h,k,l},A7={l}.最佳覆盖集合应该为C={A1,A2,A3}。下面依照算法来推导:
1、选出覆盖集合S最多的一个子集:(成员个数最多)A6 ;差集 M={a,b,e,f,i,j};
2、从剩余集合中选出覆盖差集M最多的一个子集:A2;M 与 M与A2交集的差集 {a,b,j};
3、依次来推.....A1 {j};
4、..............A3;
这样得到的集合C = {A6,A2,A1,A3};
头文件:
/* cover.h */ #ifndef COVER_H #define COVER_H #include "set.h" /* 通过KEY值为子集定义一个结构体*/ typedef struct KSet_ { int key;/*集合P中子集的下表*/ Set set;/*集合*/ }Kset; /*函数接口*/ int cover(Set *members,Set *subsets,Set *covering); #endif
函数实现:
/*cover.c*/ #include <stdlib.h> #include "../include/cover.h" #include "../include/list.h" #include "../include/set.h" int cover(Set *members,Set *subsets,Set *covering) { Set intersection;/*并集*/ Kset *subset;/*子集*/ ListElmt *member, *max_member; void *data; int max_size = 0; /*初始化集合 cover */ set_init(covering,subsets->match,NULL); /* 依次选出集合中覆盖最多元素的子集*/ while (set_size(members) > 0 && set_size(subsets) > 0) { max_size = 0; for (member = list_head(subsets); member != NULL; member = list_next(members)){ /*查找交集*/ if (set_intersection(&intersection,&((KSert *)list_data(member)) -> set,members) != 0){ return -1; } if (set_size(&intersection) > max_size){ max_member = member; max_size = set_size(&intersection); } set_destroy(&intersection); } /*没有交集的情况*/ if ( max_size == 0){ return 1; } /*找到的子集,并插入的covering */ subset = (KSet *)list_data(max_member); if (set_insert(covering,subset)!= 0){ return -1; } /* 从members删除与子集中成员相同的元素*/ for (member = list_head(&((KSet *)list_data(max_member)) -> set);member != NULL ; member = list_next(member)){ data = list_data(member); if (set_remove(members,(void **)&data) ==0 && member->destroy != NULL){ members -> destroy(data); } } /*将找到的子集从subsets中删除*/ if (set_remove(subsets,(void **)&subset) != 0){ return -1; } } /*如何循环完毕members中可能存在仍有未找到成员 */ if (set_size(members) >0){ return -1; } }
函数实现中可能用来单链表中定义的函数接口;具体可以去专栏中的链表中去查看。
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