Ⅰ-言
灵感来源于#创作计划#烙饼问题最优调度的简单公式
Ⅱ-启
在经典烙饼问题中,我们假设每张饼的两面烙制时间相同(均为 (ttt) 分钟),并通过公式 ( T=⌈2nm⌉tT = \lceil \frac {2n}{m} \rceil tT=⌈m2n ⌉t ) 计算最短时间。然而,现实场景中,饼的厚度、材质差异可能导致两面烙制时间不同(如第一面需 ( t1t_1t1 ) 分钟,第二面需 ( t2t_2t2 ) 分钟)。此时,简单的并行策略失效,需重新建立数学模型。
Ⅲ-定
* (n): 饼的数量(每张饼有两面,但可能一面像铁板,一面像薯片)。
* (m): 灶台数量(每个灶台一次只能处理一个饼的一面)。
* ($t_{i1}, t_{i2} $): 第 ( iii ) 张饼的第一面和第二面烙制时间。
Ⅳ-思
①贪心策略
规则:优先烙制剩余时间最长的饼面,这种在普通烙饼问题中可以生效的规则,能否在进阶问题生效呢?
反例((n=2,m=2n=2, m=2n=2,m=2)):
* 饼 1: (t11=3,t12=1)(t_{11}=3, t_{12}=1 )(t11 =3,t12 =1);饼 2: (t21=1,t22=1)( t_{21}=1, t_{22}=1 )(t21 =1,t22 =1)。
* 贪心结果:(T=5T=5T=5) 分钟(存在灶台闲置)。
* 更优解:(T=4T=4T=4) 分钟(通过调整顺序避免等待)。
结论:贪心策略无法保证全局最优,还有什么算法可以求最优解来着?
②动态规划
状态定义:
* 用数字表示每张饼的状态(000: 未开始;111: 第一面完成;222: 已完成)。
转移方程:
$ [ T (S) = \min\_{\text {可行动作}} \left ( \text {当前时间} + \text {占用灶台时间} \right) ] $
复杂度:( O(3n⋅m)O (3^n \cdot m)O(3n⋅m) ),纯搞笑来的...
③启发遗传
遗传算法(GA)流程:
1. 编码:将调度序列表示为染色体。
2. 适应度函数:总时间 (TTT) 的倒数。
3. 选择与变异:保留优质解,随机调整顺序。
优势:在 (n≥20n \geq 20n≥20) 时仍能快速逼近最优解。
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Ⅴ-验
测试案例
* 输入:(n=5,m=2n=5, m=2n=5,m=2),各饼时间随机生成((ti1,ti2∈[1,5])( t_{i1}, t_{i2} \in [1,5] )(ti1 ,ti2 ∈[1,5]))。
* 方法对比:
方法 平均 (T)(分钟) 计算时间(ms) 动态规划 12.312.312.3 120120120 遗传算法 13.113.113.1 454545 贪心策略(不保证正确性) 15.815.815.8 000
结论:
* DP 能求得精确解,但耗时长。
* GA 在效率与精度间取得平衡。
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Ⅵ-算
下界估计
①总工作量约束:
[T≥∑i=1n(t_i1+t_i2)m] [ T \geq \frac {\sum_{i=1}^n (t\_{i1} + t\_{i2})}{m} ] [T≥m∑i=1n (t_i1+t_i2) ]
②关键路径约束:
[T≥max(maxi(ti1+ti2),2nm⋅tˉ)] [ T \geq \max \left (\max_i (t_{i1} + t_{i2}), \frac {2n}{m} \cdot \bar {t} \right) ] [T≥max(imax (ti1 +ti2 ),m2n ⋅tˉ)]
(其中 ( tˉ\bar {t}tˉ ) 为平均单面时间)
实用近似公式
对于 (m≥2m \geq 2m≥2),经验性公式:
[T≈⌈2nm⌉⋅max(t_i1,t_i2)2][ T \approx \lceil \frac {2n}{m} \rceil \cdot \frac {\max (t\_{i1}, t\_{i2})}{2} ] [T≈⌈m2n ⌉⋅2max(t_i1,t_i2) ]
误差分析:在 ( n=10, m=3 ) 时,误差率 <15%。
不是怎么还带误差
Ⅶ、结
异质时间烙饼问题揭示了依赖关系与资源分配的深层挑战。尽管精确求解困难,但通过数学建模与算法优化,我们能在实践中找到高效近似解。未来可探索强化学习等智能调度方法。
(你知道的一般我们在文章结尾不会升华除非结尾是AI写的)