julia系列17: tsp问题代码整理

1. 常用库和基础函数

这里是优化版的函数:

using TSPLIB,LKH,Distances,PyPlot
MaxNum = 10000
tsp=readTSPLIB(:att48)
dist = [round.(Int,euclidean(tsp.nodes[i,:],tsp.nodes[j,:])) for i in 1:tsp.dimension,j in 1:tsp.dimension];
pos(tsp::TSP,t::Vector{Int},i::Int)=tsp.nodes[t[i]==n+1 ? 1 : t[i],:]
total_length(tsp::TSP,t::Vector{Int64})=sum([round.(Int,euclidean(pos(tsp,t,i),pos(tsp,t,i+1))) for i in 1:length(t)-1])
function minimum2(vec)
    i2 = (-1,-1);v2=(MaxNum,MaxNum);for (i,v) in enumerate(vec);if v2[1]>v;v2=(v,v2[1]);i2=(i,i2[1]);elseif v2[2]>v;v2=(v2[1],v);i2=(i2[1],i);end;end
    return i2,v2
end
function greedyConstruct(dist)
    path = [1];for _ in 1:size(dist)[1];c_dist = dist[path[end],:];c_dist[path].=MaxNum;next_id = findmin(c_dist)[2];push!(path,next_id);end
    return path
end
function plot_path(tsp,path)
    t = tsp.nodes[path,:];for p in path;text(tsp.nodes[p,1],tsp.nodes[p,2],p);end;scatter(t[:,1],t[:,2]);plot(t[:,1],t[:,2])
end
function plot_tree(tsp,mst)
    s = tsp.nodes;for p in 1:tsp.dimension;text(s[p,1],s[p,2],p);end;scatter(s[:,1],s[:,2]);for m in mst;plot(s[[m...],1],s[[m...],2],c="b");end
end
function minspantree(dm::AbstractMatrix{T}) where {T<:Real} # accepts views
    mst_edges = Vector{Tuple{Int, Int}}();mst_cost = zero(T);n = size(dm, 1)
    tree_dists = dm[1,:];closest_tree_verts = ones(Int, n);tree_dists[1] = MaxNum
    for _ in 1:(n-1) # need to add n - 1 other verts to tree
        cost, newvert = findmin(tree_dists)
        treevert = closest_tree_verts[newvert];mst_cost += cost
        push!(mst_edges, tuple(sort([treevert, newvert])...))
        tree_dists[newvert] = MaxNum
        for i in 1:n
            if tree_dists[i] >= MaxNum;continue;end
            if tree_dists[i] > dm[i, newvert];tree_dists[i] = dm[i, newvert];closest_tree_verts[i] = newvert;end
        end
    end
    return mst_edges, mst_cost
end

这里是老版的函数

using TSPLIB
using LKH
using Distances
using Random

function pos(tsp::TSP,t::Vector{Int},i::Int)
    n = length(t)
    i = mod(i, n)
    if i == 0
        return tsp.nodes[t[n],1:2]
    else
        return tsp.nodes[t[i],1:2]
    end
end

function pos(b::Vector{Int},i::Int)
    n_b = length(b)
    i = mod(i, n_b)
    if i == 0
        return b[n_b]
    else
        return b[i]
    end
end

function tour_length(tsp::TSP,t::Vector{Int64})
    l = 0
    for i in 1:length(t)
        l += Int.(round.(euclidean(pos(tsp,t,i),pos(tsp,t,i+1))))
    end
    l
end

function greedyConstruct(tsp)
    n = tsp.dimension
    uv = Set{Int}(2:n)
    t = Array{Int64}(undef, n)
    t[1] = 1
    for i in 2:n
        cur = t[i-1]
        mindist = Inf
        ind = 1
        for j in collect(uv)
            dis = round.(Int, euclidean(tsp.nodes[cur,1:2],tsp.nodes[j,1:2]))
            if dis < mindist
                mindist = dis
                ind = j
            end
        end
        t[i] = ind
        pop!(uv,ind)
    end
    return t
end

num = 30
f = "bbz25234"
tsp = readTSP("/Users/chen/Downloads/vlsi/"*f*".tsp")
n = tsp.dimension

# 解析问题文件
t = parse.(Int, readlines("xrb14233.tour")[6:end-3])
totaldist(t)

用LKH求解器先给出一些初始解:

println("start...")
for i in 1:num
    @time t,v = solve_tsp("/Users/chen/Downloads/vlsi/"*f*".tsp";RUNS=1,MAX_TRIALS =150, MAX_SWAPS=100,SEED=i,PI_FILE="pi.txt",TIME_LIMIT=100,CANDIDATE_FILE = "cand.txt") #
    @printf("%d",v)
    ts[i,:]=t
    results[i]= v
end
println("end")

io = open("route.out","w")
for i in 1:size(ts)[1]
    write(io, string(ts[i,:])*"\n")
end
close(io)

# route是初始路线合集,格式如下图
ts = Array{Int32}(undef, (num,n))
results = Array{Int32}(undef,num)
lines = readlines("route.out")
println("start...")
for i in 1:num
    ts[i,:]=Meta.parse(lines[i]) |> eval
    results[i]= totaldist(ts[i,:])
end
println("end")

在这里插入图片描述
接下来设计一下基本数据结构。上述路径使用Array来存储的,

2. 使用MPS GPU加速的2-opt算法

核函数如下:

using Metal
function twooptkernel(dist, t, x, y, z)
    k = thread_position_in_grid_1d()
    n = Int32(size(z)[1])
    if k <= n
        i = x[k]
        j = y[k]
        z[k] = dist[t[i], t[j]]+ dist[t[i==n ? 1 : i+1], t[j==n ? 1 : j+1]] - dist[t[i], t[i==n ? 1 : i+1]] - dist[t[j], t[j==n ? 1 : j+1]]
    end
    return
end

与cpu版本进行对比:

using Random
m = 4000000
x = rand(1:n, m)
y = rand(1:n, m)
z = similar(x)
mx = MtlArray{Int32}(x);
my = MtlArray{Int32}(y);
mz = similar(mx);
mt = MtlArray{Int32}(t);
@time @metal threads=64 grid=6250  twooptkernel(mdist, mt, mx,my,mz)

function cpu(x,y,z)
    for k in 1:m
        i = x[k]
        j = y[k]
        z[k] = dist[t[i], t[j]]+ dist[t[i==n ? 1 : i+1], t[j==n ? 1 : j+1]] - dist[t[i], t[i==n ? 1 : i+1]] - dist[t[j], t[j==n ? 1 : j+1]]
    end
end
@time cpu(x,y,z)

分别为
0.000656 seconds (254 allocations: 6.031 KiB)
以及
5.414779 seconds (74.26 M allocations: 1.168 GiB, 0.61% compilation time)
m = 40000

完整GPU调用代码如下:

for i in 1:200000
    m = 400000
    mx = MtlArray{Int32}(rand(1:n, m));
    my = MtlArray{Int32}(rand(1:n, m));
    mz = similar(mx);
    mt = MtlArray{Int32}(t);
    @metal threads=64 grid=6250  twooptkernel(mdist, mt, mx,my,mz)
    z = Array(mz)
    v,ind = findmin(z)
    if v < 0
        st,ed = mx[ind], my[ind]
        if st>ed
           st,ed = ed,st 
        end
        reverse!(t, st+1, ed)
    end
    if i % 1000 == 0
        println(i,":",totaldist(t))
    end
end

3. LKH算法包

调用方式极其简单:

using LKH
opt_tour, opt_len = solve_tsp(dist)
opt_tour, opt_len = solve_tsp(x, y; dist="EUC_2D")
opt_tour, opt_len = solve_tsp("gr17.tsp")
opt_tour, opt_len = solve_tsp(dist; INITIAL_TOUR_ALGORITHM="GREEDY", RUNS=5)

可用参数参考这篇:https://blog.csdn.net/kittyzc/article/details/114388836
一些常用参数:

RUNS=1, 重复运行次数
MAX_TRIALS =1000, 每次运行最多尝试交换的次数,默认值等于点数。
MAX_SWAPS=1000, 每次交换最多运行swap的次数。
INITIAL_TOUR_FILE = "temp.out", 初始化路径地址
SEED=inum, 每次运行给一个新的seed
PI_FILE="pi-"*f*".txt", 新的cost,计算一次后重复调用
TIME_LIMIT=100, 时间限制
CANDIDATE_FILE = "cand-"*f*".txt", 每个点的近邻,计算一次后重复调用即可

4. 简单遗传算法

每次随机选两条路径(t_ids),并随机从第一条路径t1上选两个点(e_ids),将其中的点按照第二条路径t2的顺序重新排列,产生新的路径t3,对此路径使用LKH算法进行优化,如果距离比t1或者t2短,则进行替换。

iter = 500
t_ids = rand(1:size(ts)[1], (iter,2))
e_ids = rand(1:n, (iter,2))
for inum in 1:iter
    t1i,t2i = t_ids[inum,1], t_ids[inum,2] 
    i1, i2 = e_ids[inum,1], e_ids[inum,2] 
    if i1>i2
        i1,i2 = i2,i1
    end 
    t1 = ts[t1i,:]
    t2 = ts[t2i,:]
    t3 = Array{Int32}(undef, n)
    t3[1:i1] = t1[1:i1]
    t3[i2:end] = t1[i2:end]
    t2ind = 1
    for t3ind in i1:i2
        while !(t2[t2ind] in t1[i1:i2])
            t2ind += 1
        end
        t3[t3ind] = t2[t2ind]
        t2ind+=1
    end
    io = open("temp.out","w")
    write(io, "TYPE : TOUR\nDIMENSION : "*string(n)*"\nTOUR_SECTION\n")
    for i in t3
        write(io, string(i)*"\n")
    end
    write(io, "-1\nEOF\n")
    close(io)
    t3, s3 = solve_tsp("/Users/chen/Downloads/vlsi/"*f*".tsp";RUNS=1,MAX_TRIALS =1000, MAX_SWAPS=1000,INITIAL_TOUR_FILE = "temp.out",SEED=inum,PI_FILE="pi.txt",TIME_LIMIT=100,CANDIDATE_FILE = "cand.txt") #
    sk, skind = findmin(results)

    # replace parents
    if s3 < sk
        print("*",inum,": from ",sk," to ",s3,", ")
        io = open("best"*string(s3)*".out","w")
        write(io, "TYPE : TOUR\nDIMENSION : "*string(n)*"\nTOUR_SECTION\n")
        for i in t3
            write(io, string(i)*"\n")
        end
        write(io, "-1\nEOF\n")
        close(io)
    else
        print(" ",inum,":")
    end
    a,b = t1i,t2i
    if s3 < results[a] <= results[b]
        ts[b,:]=t3
        results[b] = s3
        println(" replace ",b)
    elseif s3 < results[b] <= results[a] 
        ts[a,:]=t3
        results[a] = s3
        println(" replace ",a)
    elseif findmin(results)[1]==findmax(results)[1]
        println(" finish")
        break
    else
        println(" pass")
    end
end

5. ALNS算法

核心代码如下,首先生成breaks,打断这些点位连接的边,然后使用solve_tsp_part重新进行组合:

b_try_num = 1000
b_point_num = 400
@assert b_point_num*2 <= tsp.dimension
b_id_lists = sort(rand(0:tsp.dimension - 2*b_point_num, (b_try_num,b_point_num)),dims = 2)

for i in 1:b_try_num
    b = b_id_lists[i,:] + 2*Vector(1:b_point_num)
    t_imp,v_imp = solve_tsp_part(tsp,t,b)
    if v_imp>0
        t = t_imp
    end
    if i % 100 == 0
        println(tour_length(tsp,t_imp))
    end
end

用于重构的solve_tsp_part和恢复路径的restore_tour代码如下:

function restore_tour(t::Vector{Int64},b::Vector{Int64},b_imp::Vector{Int64})
    n = length(t)
    n_b = length(b)
    t_imp = zeros(Int64,n)
    cur_imp = 1
    for i in 1:n_b
        b_i = div(b_imp[2*i]+1,2) # 在b中的下标
        r = false
        if b_imp[2*i]%2==1
            r = true
        end
        st = pos(b,b_i)
        ed = pos(b,b_i+1)-1
        if ed > st
            mov_imp = ed - st
            if r
                t_imp[cur_imp:cur_imp+mov_imp] = reverse(t[st:ed])
                # for j in reverse(st:ed)
                #     print(t[j],",")
                # end
            else   
                t_imp[cur_imp:cur_imp+mov_imp] = t[st:ed]
                # for j in st:ed
                #     print(t[j],",")
                # end
            end
            cur_imp += mov_imp+1
        else
            if r
                mov_imp = ed - 1
                t_imp[cur_imp:cur_imp+mov_imp] = reverse(t[1:ed])
                cur_imp += mov_imp+1
                mov_imp = n - st
                t_imp[cur_imp:cur_imp+mov_imp] = reverse(t[st:n])
                cur_imp += mov_imp+1
                # for j in reverse(1:ed)
                #     print(t[j],",")
                # end
                # for j in reverse(st:n)
                #     print(t[j],",")
                # end
            else
                mov_imp = n - st
                t_imp[cur_imp:cur_imp+mov_imp] = t[st:n]
                cur_imp += mov_imp+1
                mov_imp = ed - 1
                t_imp[cur_imp:cur_imp+mov_imp] = t[1:ed]
                cur_imp += mov_imp+1
                # for j in st:n
                #     print(t[j],",")
                # end
                # for j in 1:ed
                #     print(t[j],",")
                # end
            end
        end
    end
    t_imp
end

function check_bimp(b_imp::Vector{Int64})
    n_b = div(length(b_imp),2)
    for i in 1:n_b
        if abs(b_imp[2*i]-b_imp[2*i-1])!=1 || div(b_imp[2*i]+1,2)!= div(b_imp[2*i-1]+1,2)
            print(i,":",b_imp[2*i],",",b_imp[2*i-1])
            return false
        end
    end
    return true
end

function solve_tsp_part(tsp::TSP,t::Vector{Int64},b::Vector{Int64}) # b for breaks
    # cal distance matrix
    n = length(t)
    n_b = length(b)
    dist_matrix_b = zeros(Int64,2*n_b,2*n_b)
    for i in 1:n_b
        for j in i+1:n_b
            dist_matrix_b[2*i-1,2*j-1] = dist_matrix_b[2*j-1,2*i-1] = Int(round(euclidean(pos(tsp,t,pos(b,i)),pos(tsp,t,pos(b,j)))))
            dist_matrix_b[2*i-1,2*j] = dist_matrix_b[2*j,2*i-1] = Int(round(euclidean(pos(tsp,t,pos(b,i)),pos(tsp,t, pos(b,j+1)-1 ))))
            dist_matrix_b[2*i,2*j-1] = dist_matrix_b[2*j-1,2*i] = Int(round(euclidean(pos(tsp,t,pos(b,i+1)-1  ),pos(tsp,t,b[j]))))
            dist_matrix_b[2*i,2*j] = dist_matrix_b[2*j,2*i] = Int(round(euclidean(pos(tsp,t,pos(b,i+1)-1 ),pos(tsp,t,pos(b,j+1)-1 ))))
        end
    end
    max_element = maximum(dist_matrix_b)
    for i in 1:n_b
        for j in i+1:n_b
            dist_matrix_b[2*i-1,2*j-1] += max_element
            dist_matrix_b[2*j-1,2*i-1] += max_element
            dist_matrix_b[2*i-1,2*j] += max_element
            dist_matrix_b[2*j,2*i-1] += max_element
            dist_matrix_b[2*i,2*j-1] += max_element
            dist_matrix_b[2*j-1,2*i] += max_element
            dist_matrix_b[2*i,2*j] += max_element
            dist_matrix_b[2*j,2*i] += max_element
        end
    end
    # for i in 1:n_b-1
    #     dist_matrix_b[2*i,2*i-1] = dist_matrix_b[2*i-1,2*i] = -max_element
    # end
    b_imp,v_imp = solve_tsp(dist_matrix_b;runs = 1,MAX_TRIALS =50, MAX_SWAPS=400)
    v_imp -= max_element*n_b
    if check_bimp(b_imp)
        v = 0
        for i in 1:n_b
            v +=  Int(round(euclidean(pos(tsp,t,pos(b,i)),pos(tsp,t, pos(b,i)-1 ))))
        end
        imp = v-v_imp
        if imp > 0
            return restore_tour(t,b,b_imp), imp
        else
            return t, 0
        end
    else
        return b_imp, -1
    end
end

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warning: GOPATH set to GOROOT (D:\go) has no effect gopath 设置一下&#xff0c;并且不要和 goroot 设置成同一个目录

【carla】ubuntu安装carla环境

我们可以通过查看 CARLA 的 GitHub release 页面来找到最新版本的下载链接。 下载 CARLA 压缩包 访问 CARLA Releases 页面&#xff1a; CARLA Releases on GitHub 查找最新版本&#xff1a; 找到最新的版本&#xff0c;点击下载&#xff0c;第一个压缩包 3. 解压 CARLA 包&…

在先企业字号被申请注册成商标!

今天一网友联系普推商标知产老杨&#xff0c;说自己注册的商标被某公司无效宣告了&#xff0c;去年联系老杨时&#xff0c;当时就给说这个商标名称存在风险&#xff0c;与别人的字号权存在高度近似&#xff0c;而且是同行业同地区在后面注册的。 十几年前某公司先成功注册成字号…

AI Agent【项目实战】:MetaGPT遇上元编程,重塑复杂多智能体协作的边界

AI Agent【项目实战】&#xff1a;MetaGPT遇上元编程&#xff0c;重塑复杂多智能体协作的边界 MetaGPT 以一条需求作为输入&#xff0c;并输出用户故事/竞争分析/需求/数据结构/API/文档等。内部而言&#xff0c;MetaGPT 包含产品经理/架构师/项目经理/工程师等角色。它为软件…

树目标、抓过程、要结果

一个好的管理理念不会因为一两个成功案例而发扬&#xff0c;一定是有无数个案例验证了它的价值所在&#xff0c;既然OKR在国外已经取得成功&#xff0c;那么国内依然如此。那么OKR这么成功&#xff0c;它到底好在哪呢&#xff1f; 一、OKR是连接企业战略和落地执行的最佳方式。…

ftp服务

1.什么是FTP FTP&#xff08;文件传输协议&#xff09;是典型的C/S架构的应用层协议&#xff0c;需要由服务端软件、客户端软件两个部分共同实现文件传输功能。FTP客户端和服务器之间的连接是可靠的&#xff0c;面向连接的&#xff0c;为数据的传输提供了可靠的保证。tcp协议&a…

1.2 如何让机器说人话?万字长文回顾自然语言处理(NLP)的前世今生 —— 《带你自学大语言模型》系列

本系列目录 《带你自学大语言模型》系列部分目录及计划&#xff0c;完整版目录见&#xff1a;带你自学大语言模型系列 —— 前言 第一部分 走进大语言模型&#xff08;科普向&#xff09; 第一章 走进大语言模型 1.1 从图灵机到GPT&#xff0c;人工智能经历了什么&#xff1…

【3GPP核心网】【5G】精讲5G核心网系统架构主要特征

目录 前言 1. 5G核心网系统架构主要特征 1.1 5G核心网与4G核心网EPC区别 1.2 5G核心网系统架构主要特征 2. 5G网络逻辑架构 2.1 新型基础设施平台 2.2 逻辑架构 前言 首先需要理解核心网的角色定位&#xff0c;作为移动通信网络的核心部分&#xff0c;核心网起着承上启下的作用…

阶段三:项目开发---大数据开发运行环境搭建:任务3:安装配置Hadoop集群

任务描述 知识点&#xff1a;安装配置Hadoop 重 点&#xff1a; 安装配置Hadoop 难 点&#xff1a;无 内 容&#xff1a; Hadoop是一个由Apache基金会所开发的分布式系统基础架构。用户可以在不了解分布式底层细节的情况下&#xff0c;开发分布式程序。充分利用集群的威…

JS进阶-作用域

学习目标&#xff1a; 掌握作用域 学习内容&#xff1a; 作用域局部作用域全局作用域作用域链JS垃圾回收机制拓展-JS垃圾回收机制-算法说明闭包变量提升 作用域&#xff1a; 作用域规定了变量能够被访问的"范围"&#xff0c;离开了这个"范围"变量便不能被…

批量爬取B站网络视频信息

使用XPath爬取B站视频链接等相关信息 分析B站html框架获取内容完整代码 对于B站&#xff0c;目前网上的爬虫大多都是使用通过解析服务器的响应来爬取想要的内容&#xff0c;下面我们通过使用XPath来爬取B站上一些想要的信息 此次任务我们需要对B站搜索到的关键字&#xff0c;并…

本地多卡(3090)部署通义千问Qwen2-72B大模型提速实践:从龟速到够用

最近在做文本风格转化&#xff0c;涉及千万token级别的文本。想用大模型转写&#xff0c;在线的模型一来涉及数据隐私&#xff0c;二来又不想先垫钱再找报销。本地的7-9B小模型又感觉效果有限&#xff0c;正好实验室给俺配了4卡3090的机子&#xff0c;反正也就是做个推理&#…

Python falsk 接口挂载 步骤

Python falsk 接口挂载 步骤 1.首先要有自己独立的python环境&#xff0c;因为如果和别人共用环境的话&#xff0c;会有依赖包冲突的情况 2.找到python.exe的安装路径 3.CMD切换到该路径下 4.执行指令activate,进入到专属的python环境 5.然后执行指令 pip freeze > re.tet…