贪心算法——区间调度

mac2024-03-29  31

问题描述

任务 j j j开始时间为 s j s_j sj,终止时间为 f j f_j fj,任务 j j j所在时间段即为 [ s j , f j ] [s_j,f_j] [sj,fj]。若两个任务所在时间段不重叠,则称两个任务兼容。求最大互不兼容的任务子集。

错误的贪心策略

①按照开始时间从早到晚排序,若该任务与之前任务都兼容,则选取该任务,若不兼容则不选取该任务并查看下一个任务,知道所有任务都被检查一遍结束。反例如下: 上述策略得到最大子集大小为1,实际最大子集大小为4

②按照时间间隔从小到大排序,若该任务与之前任务都兼容,则选取该任务,若不兼容则不选取该任务并查看下一个任务,知道所有任务都被检查一遍结束。反例如下: 上述策略得到最大子集大小为1,实际最大子集大小为2

③按照与自身冲突的任务数量由小到大进行排序,若该任务与之前任务都兼容,则选取该任务,若不兼容则不选取该任务并查看下一个任务,知道所有任务都被检查一遍结束。反例如下: 与6号块冲突的块数量为2,与1、4号块冲突的块个数为3,其余块的冲突个数为4。上述策略得到最大子集大小为3(1、6、4),实际最大子集大小为4(1、2、3、4)

正确的贪心策略(时间复杂度为 n l o g n nlogn nlogn,瓶颈为排序部分)

按照结束时间由早到晚排序,或者按照开始时间由晚到早排序,若该任务与之前任务都兼容,则选取该任务,若不兼容则不选取该任务并查看下一个任务,知道所有任务都被检查一遍结束。 我们对结束时间由早到晚排序为贪心策略进行证明 反证法: 我们假设按照以上贪心策略得到的不是最优解,且令 i 1 , i 2 , … , i k i_1,i_2,\dots,i_k i1,i2,,ik表示由贪心策略选出的任务;令 j 1 , j 2 , … , j m j_1,j_2,\dots,j_m j1,j2,,jm表示最优解中的任务,我们不妨设最优解中最多存在r个任务与贪心解中的任务相同,即 i 1 = j 1 , i 2 = j 2 , … , i r = j r i_1= j_1,i_2= j_2,\dots,i_r= j_r i1=j1,i2=j2,,ir=jr,得到结果如下图所示: 其中由于贪心策略,任务 i r + 1 i_{r+1} ir+1的结束时间早于任务 j r + 1 j_{r+1} jr+1,并且由于最优解中任务数一定大于贪心解任务数( m > k m>k m>k),所以任务 j r + 1 j_{r+1} jr+1一定存在。此时我们可以在不改变最优解性质的情况下,用任务 i r + 1 i_{r+1} ir+1替换任务 j r + 1 j_{r+1} jr+1,如下图: 此时最优解中存在r+1个任务与贪心解中的任务一致,与我们之前假设的最多存在r个任务与贪心解中的任务相同矛盾,连续推证可得,贪心解与最优解中所有任务相同,即贪心解为最优解,以上贪心策略得到的解是最优解。

以上贪心策略在给每个任务分配正权重后,求最大权重子任务集合时将不再适用。因为我们可以构造一个反例:分配给与最早结束任务不兼容任务尽可能大的权重,来打破该贪心策略

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