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匈牙利法原理

匈牙利法(Hungarian method)是一種在多項式時間內求解指派問題的組合最佳化算法。該算法由庫恩(W.W. Kuhn)在1955年提出,其理論基礎源自匈牙利數學家康尼格(D. Konig)關於矩陣中獨立「0」元素的定理。

匈牙利法的主要步驟包括:

變換效率矩陣:首先對指派問題的效率矩陣進行變換,使得每行和每列至少有一個元素為「0」。這通常通過從矩陣的每一行或每一列中減去該行或列的最小元素來實現。

標記和覆蓋:接著,對變換後的矩陣進行標記和覆蓋操作。如果某行只有一個零元素,則對該零元素加括弧,並用一條直線覆蓋該零元素所在的列。如果某列只有一個零元素,則同樣加括弧並用一條直線覆蓋該零元素所在的行。重複這個過程直到所有行和列都被處理。

確定最優解:根據標記和覆蓋的結果,可以確定指派問題的最優解。如果矩陣中所有零元素都被加括弧,且每個零元素對應一個未被覆蓋的零元素,則這些零元素的位置對應於指派問題的最優解。如果加括弧的零元素個數少於m(m為問題規模),但存在閉迴路,則沿著閉迴路的走向對間隔的零元素加括弧,並對所有加括弧的零元素所在行(或列)畫一條直線,同樣可以得到最優解。

處理特殊情況:當人和事的數量不相等時,可能需要對問題進行特殊處理。例如,如果人多事少,可以添加虛擬的「事」使得每個人都能完成;如果事多人少,則可以添加虛擬的「人」使得每件事都能被完成。

匈牙利法的套用非常廣泛,特別是在需要最佳化資源分配和任務調度的問題中。它通過將複雜的問題轉化為簡單的數學問題,提供了有效的解決方案。