最小化配对点的距离



我的问题是:

Given a number of 2n points, I can calculate the distance between all points 
and get a symmetrical matrix.
Can you create n pairs of points, so that the sum of the distance of all pairs is 
minimal?
EDIT: Every point has to be in one of the pairs. Which means that
every point is only allowed to be in one pair.

我天真地尝试使用匈牙利算法,并希望它可以给我一个作业,以便作业是对称的。但这显然不起作用,因为我没有二分图。

经过搜索,我找到了稳定室友问题,这似乎与我的问题相似,但不同的是,它只是试图找到匹配,而不是试图最小化某种距离。

有谁知道类似的问题甚至解决方案?我错过了什么吗?这个问题实际上似乎并不那么困难,但我就是想不出一个最佳解决方案。

由于 Edmonds(Blossom 算法),有一个原始对偶算法,如果可能的话,你真的不想自己实现。弗拉基米尔·柯尔莫果洛夫有一个可能适合您目的的实现。

尝试网络流。最大流量是要创建的对数。并计算它的最低成本。

现在这不是一个保证,而只是一个预感。

您可以找到最短的一对,匹配它们,然后将其从集合中删除。

并递归,直到你没有对了。

这显然是次优的。 但我有一种预感,这是次优与绝对最优解决方案的比率是可以限定的。希望使用一些子模块化参数并将其绑定到全局最优的 (1 - 1/e) 部分,但我无法做到。也许有人可以试一试。

在竞争性编程 3 中有一个C++记忆实现如下(注意最大 N 是 8):

#include <algorithm>
#include <cmath>
#include <cstdio>
#include <cstring>
using namespace std;
int N, target;
double dist[20][20], memo[1<<16];
double matching(int bitmask)
{
    if (memo[bitmask] > -0.5)    // Already computed? Then return the result if yes
        return memo[bitmask];
    if (bitmask == target)       // If all students are already matched then cost is zero
        return memo[bitmask] = 0;
    double ans = 2000000000.0;        // Infinity could also work
    int p1, p2;
    for (p1 = 0; p1 < 2*N; ++p1)      // Find first non-matched point
        if (!(bitmask & (1 << p1)))
            break;
    for (p2 = p1 + 1; p2 < 2*N; ++p2) // and pair it with another non-matched point
        if (!(bitmask & (1 << p2)))
            ans = min(ans, dist[p1][p2]+matching(bitmask| (1 << p1) | (1 << p2)));
    return memo[bitmask] = ans;
}

然后是主要方法(驱动代码)

int main()
{
    int i,j, caseNo = 1, x[20], y[20];
    while(scanf("%d", &N), N){
         for (i = 0; i < 2 * N; ++i)
             scanf("%d %d", &x[i], &y[i]);
         for (i = 0; i < 2*N - 1; ++i)
             for (j = i + 1; j < 2*N; ++j)
                  dist[i][j] = dist[j][i] = hypot(x[i]-x[j], y[i]-y[j]);
         // use DP to solve min weighted perfect matching on small general graph
         for (i = 0; i < (1 << 16); ++i) memo[i] = -1;
         target = (1 << (2 * N)) - 1;
         printf("Case %d: %.2lf", caseNo++, matching(0));
    }
    return 0;
}

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