近似算法
贪心策略、动态规划与 LP 舍入等方法在多项式时间内给出有性能保证(近似比)的解,如背包、集合覆盖问题。
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01定义
NP 难问题无法指望多项式时间的精确解,近似算法退而求其次:在多项式时间内给出带性能保证的解。近似比 承诺解的质量不低于最优解的 倍——贪心、LP 舍入、动态规划是三大构造工具。
02核心要点
01
贪心的保证
集合覆盖贪心比 且该界渐近紧(除非 P=NP 无法改进);背包按性价比贪心 + 取单件最大,2-近似——贪心的成功需要次模性/拟阵结构支撑。
02
LP 舍入
先解线性松弛得分数解,再确定或随机地舍入为整数:顶点覆盖 2-近似、最大覆盖 ;随机舍入用期望论证质量,集中不等式控制偏差。
03
近似比之外
实践中启发式常优于理论界;在线算法用竞争比替代近似比;参数化复杂度(FPT)开辟了另一条精确求解的窄门。
03关键公式
04历史沿革
约翰逊 1974 年分析装箱问题的近似比,开创该领域;瓦兹拉尼 2001 年教材系统化方法;Håstad 1997 年的不可近似性结果划出理论边界。
05应用与延伸
物流路径的实用求解、广告投放的集合覆盖、云计算的资源调度、网络设计的买一送一式近似。
06交互演示
顶点覆盖的 2-近似:极大匹配端点贪心选取极大匹配的所有端点,覆盖大小 ≤ 2×最优