求解精确覆盖的算法X:脂肪矩阵



当我在阅读关于Knuth的算法X来解决确切的覆盖问题时,我想到了一个边缘情况,我想要澄清一下。

以下是我的假设:

  1. 给定矩阵a,算法X的"目标是选择行的一个子集,以便数字1在每列中恰好出现一次。"
  2. 如果矩阵为空,则算法成功终止,那么解就是到该点为止部分解中记录的行的子集。
  3. 如果有一列为0,则算法终止失败。

参考:http://en.wikipedia.org/wiki/Algorithm_X

考虑矩阵A:[[10][0 1 1]]

我走过的步骤:

给定矩阵A:

1. Choose a column, c, with the least number of 1's. I choose: column 1
2. Choose a row, r, that contains to a 1 in column c. I choose: row 1
3. Add r to the partial solution.
4. For each column j such that A(r, j) = 1:
       For each row i such that A(i, j) = 1:
           delete row i
       delete column j
5. Matrix A is empty. Algorithm terminates successfully and solution is allegedly: {row 1}.

然而,这显然不是这种情况,因为第1行只包含[1 10 0],显然不包括第三列。

我假设算法应该在某个点将矩阵缩减到只有一个0的点,并且不成功地终止。

有人能解释一下吗?

我认为这里的混淆仅仅是在使用术语空矩阵。如果您阅读了Knuth的原始论文(链接到您引用的维基百科文章),您可以看到他将行和列视为双链表。当他说矩阵是空的,他并不是说它没有条目,他的意思是所有的行和列对象都被删除了。

为了澄清,我将用小写字母标记行,用大写字母标记列,如下所示:

   | A | B | C
---------------
 a | 1 | 1 | 0
---------------
 b | 0 | 1 | 1

该算法声明您确定地选择一列(使用您希望的任何规则),并且他建议选择具有最少数量的1的列。因此,我们将按照您的建议进行,选择列A。列a中唯一有1的行是行a,因此我们选择行a并将其添加到可能的解{a}中。现在,行aB在列aB中有1,所以我们必须删除这些列,以及在这些列中包含1的任何行,即行aB,就像您所做的那样。得到的矩阵只有一列C,没有行:

   | C
-------

这不是一个空矩阵(它还有一列)。但是,列C中没有1,因此,正如算法所指示的那样,我们终止失败。

这可能看起来很奇怪,但如果我们打算使用关联矩阵来解决精确覆盖问题,这是一个非常重要的情况,因为列表示我们希望覆盖的集合X的元素,行表示X的子集。因此,有一些列而没有行的矩阵表示精确覆盖问题,其中可供选择的子集集合是空的(但仍然有点可覆盖)。

如果这个描述给你的实现带来了问题,有一个简单的解决方法:在每个问题中都包含空集。空集(不包含X的任何点)由全为0的行表示。它永远不会被你的算法选择为解决方案的一部分,永远不会与任何其他选择的行冲突,但总是确保矩阵是非空的(至少有一行),直到所有的列都被删除,这是你真正关心的,因为你需要确保每列都被一些行覆盖。

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