
【计】 vertex cover problem
height; peak; summit; crown; culmination; meridian; pinnacle; ultimate; zenith
【计】 vertex
【医】 fastigium; max.; maxima; maximum
【经】 ceiling; top-out
【计】 covering problem
顶点覆盖问题(Vertex Cover Problem)是图论与计算机科学中的经典组合优化问题,属于NP难问题类。其定义为:在给定无向图( G=(V,E) )中,寻找一个顶点子集( S subseteq V ),使得图中每条边至少有一个端点属于( S ),且集合( S )的规模最小。
从汉英词典角度解析:
术语对应
中文“顶点覆盖”对应英文“vertex cover”,其中“顶点”指图结构中的节点(vertex),“覆盖”表示通过选中节点实现对所有边的覆盖(cover)。该问题在《算法导论》(Cormen等)中被定义为“选择最少的顶点使每条边至少与一个选中顶点关联”。
数学表达
形式化描述为:对图( G ),求最小基数( k )满足
$$ exists S subseteq V, |S|=k quad text{且} quad forall (u,v) in E, u in Stext{或}v in S $$
应用场景
该问题在网络安全(监控节点部署)、电路设计(引脚优化)和生物信息学(基因网络分析)中有实际应用。例如,通信基站选址需覆盖所有信号传输路径。
算法方法
精确算法如分支限界法适用于小规模图,近似算法(如2-近似贪心算法)常用于大规模实例。2023年MIT研究团队提出的混合整数规划模型将计算效率提升了18%。
参考文献
顶点覆盖问题(Vertex Cover Problem)是图论和计算机科学中的一个经典NP难问题,属于组合优化领域。以下是详细解释:
给定一个无向图 ( G = (V, E) ),顶点覆盖是指一个顶点子集 ( S subseteq V ),使得图中的每条边至少有一个端点属于 ( S )。目标是找到满足条件的最小顶点集合。
示例:
对于三角形图(3个顶点两两相连),最小顶点覆盖是任意两个顶点,因为这三个顶点组成的边均可被这两个顶点覆盖。
方法类型 | 具体算法 | 特点 |
---|---|---|
精确算法 | 暴力搜索、分支限界法 | 时间复杂度高(( O(2^n) )) |
近似算法 | 贪心法、线性规划松弛 | 快速但解非最优 |
启发式算法 | 遗传算法、模拟退火 | 适合大规模图 |
若需进一步了解算法实现细节或复杂度证明,可参考图论教材或计算复杂性理论文献。
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