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  • 算法设计与分析——批处理作业调度(回溯法)

    之前讲过一个相似的问题流水作业调度问题,那一道题最开始用动态规划,推到最后得到了一个Johnson法则,变成了一个排序问题,有兴趣的可以看一下https://www.cnblogs.com/wkfvawl/p/11667092.html

    本篇博客主要参考自https://blog.csdn.net/qq_40685275/article/details/80403976

    一、问题描述

    给定n个作业的集合{J1,J2,…,Jn}。每个作业必须先由机器1处理,然后由机器2处理。作业Ji需要机器j的处理时间为tji。对于一个确定的作业调度,设Fji是作业i在机器j上完成处理的时间。所有作业在机器2上完成处理的时间和称为该作业调度的完成时间和。批处理作业调度问题要求对于给定的n个作业,制定最佳作业调度方案,使其完成时间和达到最小。


     例:设n=3,考虑以下实例:

     看到这里可能会对这些完成时间和是怎么计算出来的会有疑问,这里我拿123和312的方案来说明一下。

     对于调度方案(1,2,3)

    作业1在机器1上完成的时间是2,在机器2上完成的时间是3

    作业2在机器1上完成的时间是5,在机器2上完成的时间是6

    作业3在机器1上完成的时间是7,在机器2上完成的时间是10

    所以,作业调度的完成时间和= 3 + 6 + 10

    这里我们可以思考一下作业i在机器2上完成的时间应该怎么去求?

    作业i在机器1上完成的时间是连续的,所以是直接累加就可以。但对于机器2就会产生两种情况,这两种情况其实就是上图的两种情况,对于(1,2,3)的调度方案,在求作业2在机器2上完成的时间时,由于作业2在机器1上还没有完成,这就需要先等待机器1处理完;而对于(3,1,2)的调度方案,在求作业2在机器2上完成的时间时,作业2在机器1早已完成,无需等待,直接在作业1被机器1处理之后就能接着被处理。

    综上,我们可以得到如下表达式

    if (F2[i-1] > F1[i])
    F2[i] = F2[i-1] + t[2][i]
    else
    F2[i] = F1[i] + t[2][i]

    二、算法设计


    类Flowshop的数据成员记录解空间的结点信息,M输入作业时间,bestf记录当前最小完成时间和,数组bestx记录相应的当前最佳作业调度。

    数组x[i],bestx[i],二维数组m[j][i];
    数组x记录当前调度;
    bestx记录当前最优调度;
    初始时,x[i]=i ;      bestx[i]=∞;     (i=0,1,......,n)
    二维数组m记录各作业分别在两台机器上的处理时间;
    m[j][i]表示在第i台机器上作业j的处理时间

    变量f1,f2,cf,bestf;
    f1记录作业在第一台机器上的完成时间;
    f2记录作业在第一台机器上的完成时间;
    cf记录当前在第二台机器上的完成时间和;
    bestf记录当前最优调度的完成时间和;

    在递归函数Backtrack中,
    当i>n时,算法搜索至叶子结点,得到一个新的作业调度方案。此时算法适时更新当前最优值和相应的当前最佳调度。
    当i<=n时,当前扩展结点在i层,以深度优先方式,递归的对相应子树进行搜索,对不满足上界约束的结点,则剪去相应的子树。

    这里注意一下该程序的输入,要现将机器1对应所有作业的处理时间输入,再输入机器2的,对应上面的例子的数据就是 232113

    #include <stdio.h>
    int x[100],bestx[100],m[100][100];//m[j][i]表示在第i台机器上作业j的处理时间
    //数组bestx记录相应的当前最佳作业调度。
    int f1=0,f2,cf=0,bestf=10000,n;  //bestf记录当前最小完成时间和
    void swap(int *x,int t,int j)
    {
        int temp = x[t];
        x[t] = x[j];
        x[j] = temp;
    }
    
    void Backtrack(int t)
    {
        int tempf,j,i;
        if(t>n) //到达叶子结点,搜索到最底部
        {
            for( i=1; i<=n; i++)
            {
                bestx[i]=x[i];
            }
            bestf=cf;
    
        }
        else    //非叶子结点
        {
            for(j=t; j<=n; j++)
            {
                f1+=m[x[j]][1];  //记录作业在第一台机器上的完成处理时间
                tempf=f2;//保存上一个作业在机器2的完成处理时间
                f2=(f1>f2?f1:f2)+m[x[j]][2];//保存当前作业在机器2的完成时间
                cf+=f2;               //cf记录当前在机器2上的完成时间和
                if(cf<bestf)
                {
                    swap(x,t,j);  //交换两个作业的位置
                    Backtrack(t+1);
                    swap(x,t,j);
                }
                f1-=m[x[j]][1];
                cf-=f2;
                f2=tempf;
            }
        }
    }
    
    
    int main()
    {
        int i,j;
    
        printf("请输入作业数量
    ");
        scanf("%d",&n);
        printf("请输入在各机器上的处理时间
    ");
        for(i=1; i<=2; i++)
        {
            for(j=1; j<=n; j++)
            {
                scanf("%d",&m[j][i]);
            }
        }
        for(i=1; i<=n; i++)
        {
            x[i]=i;  //记录当前调度
        }
        Backtrack(1);
    
        printf("调度作业顺序
    ");
        for(i=1; i<=n; i++)
        {
            printf("%d	",bestx[i]);
        }
        printf("
    ");
        printf("处理时间:
    ");
        printf("%d
    ",bestf);
        return 0;
    }

     注意swap函数,交换两个作业的位置相当于重新赋值了,所以该程序没有对x[i]的赋值函数

    三、算法的效率

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/wkfvawl/p/11765576.html
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