分数规划问题,是指这样一类问题:
要求f(x)/g(x)的最值,其中f(x),g(x)都是线性函数,而其中被研究的最多的是0-1分数规划,即求这样的一个式子的极值
r=(∑(ci*xi))/(∑(di*xi)),其中xi∈{0,1}
我们可以把这个式子变换一下
z=(∑(ci*xi))-r'*(∑(di*xi)),其中z是左边这个式子的最大(小)值
由于di为正数,xi为非负数,所以
r'>r 时 z(r')<0
r'=r 时 z(r')=0
r'<r 时 z(r')>0
易证z函数严格单调递减,那么我们可以二分r',直到z(r')=0,此时r'=r,问题得解
PS:z函数也是凸函数
除了二分,还有一种算法叫Dinkelbach算法
每次将r'代入z函数中计算以后,我们将得到一组x
让r''=(∑(ci*xi))/(∑(di*xi))
当r''=r'时,r''就是我们需要的解
否则将r'=r'',继续迭代
这种方法比二分法要快一点
POJ 2728
大意:给定每条边的距离和代价,求一棵生成树使得代价和/距离和最小
这是一道最优比率生成树的题目,是个很明显的0-1分数规划,设每条边代价为ci,距离为di
则题目要求(∑(ci*xi))/(∑(di*xi))的最小值
那么二分这个最小值,将这个式子化成xi(ci-r'*di)的形式,每条边的权值变成ci-r'*di
对于这些边,求一棵最小生成树,MST的值即为z(r')
HNOI2009 最小圈
题目大意是给定一个无向图,定义环的平均值为环上的边权和/边数,求出最小的环平均值
这道题虽然看上去不像分数规划,但是巧妙地应用了分数规划的思想
二分这个平均值,然后对每条边,重新把它的权值赋为(原权值-二分值)
如果存在某一个环,他的平均值刚好是二分的值,那么新的边权和是0
如果环的平均值小于二分值,那么图中将出现负环,上界可缩小
否则需将下界变大