--- aliases: - traveling salesman problem - TSP - minimizzazione di circuito hamiltoniano --- [[problema di minimizzazione]]. Appartiene alla [[classe di problemi NP-difficili]]. ## Definizione Dato un [[grafo completo]] pesato, qual è il [[circuito hamiltoniano]] di costo minimo? ### Verifica Dato un [[grafo completo]] pesato, e un [[circuito hamiltoniano]], esso è quello di costo minimo? ## [[costo computazionale|Complessità computazionale]] [[classe di problemi NP-difficili|NP-hard]] Per dimostrare che questo problema è [[classe di problemi NP-difficili|NP-hard]], si può [[riduzione di Karp|ridurre]] un qualsiasi [[classe di problemi NP-completi|problema NP-complete]] ad esso. In questo caso, usiamo la [[esistenza di circuito hamiltoniano]]. Partendo dal [[grafo]] semplice della [[esistenza di circuito hamiltoniano]], che definiamo così: $$ \def \varGraphA {{\color{DarkSalmon} Graph_{Hamilton}}} \def \varEdgesA {{\color{LightSalmon} Edges_{Hamilton}}} \def \varNodes {{\color{SpringGreen} Nodes_{Shared}}} \varGraphA = (\varNodes, \varEdgesA) $$ Vogliamo associare ogni [[istanza]] di esso a un'[[istanza]] di problema del commesso viaggiatore, che però richiede che il grafo sia [[grafo completo|completo]] e pesato: $$ \def \varGraphB {{\color{Orchid} Graph_{Salesman}}} \def \varEdgesB {{\color{Thistle} Edges_{Salesman}}} \varGraphB = (\varNodes, \varEdgesB) $$ Allora, sfruttiamo i pesi a nostro vantaggio per creare un [[grafo]] in cui gli [[arco di un grafo|archi]] di $\varGraphA$ siano sempre preferiti: $$ \def \varEdge {{\color{Lavender} edge}} \forall\ \varEdge \in \varEdgesB : \mathrm{cost}(\varEdge) = \begin{cases} \textrm{if}\ \varEdge \in \varEdgesA & 0 \\\\ \textrm{if}\ \varEdge \not\in \varEdgesA & 1 \end{cases} $$ Una volta determinata la soluzione al problema del commesso viaggiatore, giungeremo a conoscenza del [[funzione costo|costo]] [[problema di minimizzazione|minimo]] del [[percorso hamiltoniano]] che attraversa tutti i nodi: $$ \def \varCost {{\color{MediumPurple} Cost_{Salesman}}} travelingSalesmanProblem(\varGraphB) = \varCost $$ In base al costo minimo $\varCost$ risultante, possiamo determinare la risposta al problema di [[esistenza di circuito hamiltoniano]]. Infatti, se una soluzione ad esso esiste, il problema del commesso viaggiatore darà $\varCost = 0$, in quanto tutti gli archi di $\varGraphA$ sono preferiti per via del loro peso minore; viceversa, se una soluzione ad esso non esiste, l'output sarà $\varCost > 0$, che significa che è necessario aggiungere il dato numero di [[arco di un grafo|archi]] ulteriori per formare un [[ciclo hamiltoniano]]: $$ \begin{cases} \textrm{if}\ \varCost = 0 & \exists\ hamiltonianCycle(\varGraphA) \\\\ \textrm{if}\ \varCost \neq 0 & \not\exists\ hamiltonianCycle(\varGraphA) \end{cases} $$ Pertanto, il problema appartiene alla [[classe di problemi NP-difficili]]. ## [[algoritmo di approssimazione|Algoritmi di approssimazione]] - **Sfruttando il [[costo degli archi triangolare]]** - [[approssimazione a 2 di problema del commesso viaggiatore con costo degli archi triangolare]] - [[algoritmo di Christofides]]