工作分配問題(回溯法)

工作分配問題
設有n件工作要分配給n個人去完成,將工作i分配給第j個人所需費用爲 。試設計一個算法,爲每個人分配1件不同的工作,並使總費用達到最小。

package ustc.test;

import java.util.Scanner;

public class distribution {
    static int n = 0;
    static int cost = 0;
    static int[] x = new int[100];
    static int[][] c = new int[100][100];

    public static void main(String[] args){
        System.out.println("設置工作(人數):");
        Scanner in = new Scanner(System.in);
        n = in.nextInt();
        System.out.println("設置費用:");
        for(int i = 1; i <= n; i++){
            for(int j = 1; j <= n; j++){
                c[i][j] = in.nextInt();
                x[j] = 0;
            }
            cost += c[i][i];
        }
        work(1, 0);
        System.out.println("費用最小爲:" + cost);
    }
    //
    public static void work(int i, int count){
        if(i > n && count < cost ){
            cost = count;
            return ;
        }
        if(count < cost){
            for(int j = 1; j <= n; j++){
                if(x[j] == 0){
                    x[j] = 1;
                    work(i + 1, count + c[i][j]);
                    x[j] = 0;
                }
            }
        }
    }
}

由於每個人都必須分配到工作,在這裏可以建一個二維數組c[i][j],用以表示i號工人完成j號工作所需的費用。給定一個循環,從第1個工人開始循環分配工作,直到所有工人都分配到。爲第i個工人分配工作時,再循環檢查每個工作是否已被分配,沒有則分配給i號工人,否則檢查下一個工作。可以用一個一維數組x[j]來表示第j 號工作是否被分配,未分配則x[j]=0,否則x[j]=1。利用回溯思想,在工人循環結束後回到上一工人,取消此次分配的工作,而去分配下一工作直到可以分配爲止。這樣,一直回溯到第1個工人後,就能得到所有的可行解。在檢查工作分配時,其實就是判斷取得可行解時的二維數組的一下標都不相同,二下標同樣不相同。

樣例分析:
給定3件工作,i號工人完成j號工作的費用如下:
10 2 3
2 3 4
3 4 5
那麼在這裏,用回溯法的思想就是,首先分配的工作是:
10:c[1][1] 3:c[2][2] 5:c[3][3] count=18;

此時,所有工人分配結束,然後回溯到第2個工人重新分配: 

10:c[1][1] 4:c[2][3] 4:c[3][2] count=18;

第2個工人已經回溯到n,再回溯到第1個工人重新分配: 

2:c[1][2] 2:c[2][1] 5:c[3][3] count=9;

回溯到第2個工人,重新分配: 

2:c[1][2] 4:c[2][3] 3:c[3][1] count=9;

再次回溯到第1個工人,重新分配: 

3:c[1][3] 2:c[2][1] 4:c[3][2] count=9;

回溯到第2個工人,重新分配: 

3:c[1][3] 3:c[2][2] 3:c[3][1] count=9;

這樣,就得到了所有的可行解。而我們是要得到最少的費用,即可行解中和最小的一個,故需要再定義一個全局變量cost表示最終的總費用,初始cost爲c[i][i]之和,即對角線費用相加。在所有工人分配完工作時,比較count與cost的大小,如果count小於cost,證明在回溯時找到了一個最優解,此時就把count賦給cost。 
到這裏,整個算法差不多也快結束了,已經能得到最終結果了。但考慮到算法的複雜度,這裏還有一個剪枝優化的工作可以做。就是在每次計算局部費用變量count的值時,如果判斷count已經大於cost,就沒必要再往下分配了,因爲這時得到的解必然不是最優解。 
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