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我有一组 N^2 个数字和 N 个 bin。每个 bin 应该具有分配给它的集合中的 N 个数字。我面临的问题是找到一组将数字映射到 bin 的分布,满足约束条件,即每对数字只能共享同一个 bin 一次。

分布可以很好地用 NxN 矩阵表示,其中每一行代表一个 bin。然后问题是找到矩阵元素的一组排列,其中每对数字仅共享同一行一次。它是哪一行无关紧要,只是两个数字都分配给了同一个数字。

满足 N=8 约束的 3 个排列示例集:

0 1 2 3 4 5 6 7
 8 9 10 11 12 13 14 15
16 17 18 19 20 21 22 23
24 25 26 27 28 29 30 31
32 33 34 35 36 37 38 39
40 41 42 43 44 45 46 47
48 49 50 51 52 53 54 55
56 57 58 59 60 61 62 63
0 8 16 24 32 40 48 56
 1 9 17 25 33 41 49 57
 2 10 18 26 34 42 50 58
 3 11 19 27 35 43 51 59
 4 12 20 28 36 44 52 60
 5 13 21 29 37 45 53 61
 6 14 22 30 38 46 54 62
 7 15 23 31 39 47 55 63
0 9 18 27 36 45 54 63
 1 10 19 28 37 46 55 56
 2 11 20 29 38 47 48 57
 3 12 21 30 39 40 49 58
 4 13 22 31 32 41 50 59
 5 14 23 24 33 42 51 60
 6 15 16 25 34 43 52 61
 7 8 17 26 35 44 53 62

不属于上述集合的排列:

0 10 20 30 32 42 52 62
 1 11 21 31 33 43 53 63
 2 12 22 24 34 44 54 56
 3 13 23 25 35 45 55 57
 4 14 16 26 36 46 48 58
 5 15 17 27 37 47 49 59
 6 8 18 28 38 40 50 60
 7 9 19 29 39 41 51 61

由于与第二个排列有多次冲突,例如,因为它们都将数字 0 和 32 配对在一行中。


枚举三个很容易,它由 1 个任意排列、它的转置和一个矩阵组成,其中行由前一个矩阵的对角线组成。

我找不到一种方法来制作一个包含更多内容的集合。这似乎是一个非常复杂的问题,或者是一个没有明显解决方案的简单问题。无论哪种方式,如果有人对如何在合理的时间内解决 N=8 案例有任何想法,或者确定问题的正确学术名称,我将不胜感激,这样我就可以用谷歌搜索它。

如果您想知道它有什么用,我正在寻找一种用于具有 8 个缓冲区的交叉开关的调度算法,该算法为 64 个目的地的流量提供服务。这部分调度算法与输入流量无关,并在多个硬连线的目标缓冲区映射之间循环切换。目标是让每对目标地址在循环周期内只竞争一次相同的缓冲区,并最大化该周期的长度。换句话说,让每对地址尽可能少地竞争同一个缓冲区。


编辑:

这是我的一些代码。 代码

它是贪婪的,它通常在找到第三个排列后终止。但是应该存在一组至少 N 个排列满足该问题。

另一种方法是要求选择排列 I 涉及寻找排列 (I+1..N),以检查排列 I 是否是由最大排列数组成的解决方案的一部分。这需要枚举所有排列以在每一步检查,这非常昂贵。

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4 回答 4

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制作一个 64 x 64 x 8 的数组: bool disabled[i][j][k] 表示 (i,j) 对是否出现在第 k 行。每次使用第 k 行中的对 (i, j) 时,都会将此数组中的关联值设置为 1。请注意,您将只使用该数组中 i < j 的一半。

要构造一个新的排列,首先尝试成员 0,并验证至少有七个未设置的禁止 [0][j][0]。如果没有剩下七个,请增加并重试。重复以填写该行的其余部分。重复整个过程以填充整个 NxN 排列。

当你实现它时,你可能应该能够提出一些优化,但这应该做得很好。

于 2009-08-21T23:57:13.627 回答
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你想要的是一个组合块设计。使用链接页面上的命名法,您需要尺寸为 (n^2, n, 1) 的设计以获得最大 k。这将为您提供 n(n+1) 个排列,使用您的命名法。这是计数参数理论上可能的最大值(参见文章中关于从 v、k 和 lambda 推导 b 的解释)。对于某些素数 p 和整数 k,存在这样的设计,使用仿射平面。据推测,唯一存在的仿射平面就是这种大小。因此,如果您可以选择n,也许这个答案就足够了。

但是,如果不是理论上可能的最大排列数,而是只想找到一个大数(对于给定的 n^2,您可以找到的最大数),我不确定这些对象的研究叫什么。

于 2009-08-22T14:22:06.430 回答
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可能您可以将您的问题重新表述为图论。例如,您从具有 N×N 个顶点的完整图开始。在每个步骤中,您将图划分为 N 个 N 团,然后删除所有使用的边。

对于这种 N=8 的情况,K64 有 64×63/2 = 2016 条边,而 64 批 K8 有 1792 条边,所以你的问题可能不是不可能的 :-)

于 2009-08-22T03:12:37.980 回答
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是的,贪婪的风格不起作用,因为你的数字用完了。

很容易看出,在您违反约束之前,排列不能超过 63 个。在 64 日,您必须将至少一个号码与另一个已配对的号码配对。鸽巢原理。

事实上,如果你使用我之前建议的禁止对表,你会发现在你用完之前最多只有 N+1 = 9 个可能的排列。该表有 N^2 x (N^2-1)/2 = 2016 个非冗余约束,每个新排列将创建 N x (N choose 2) = 28 个新配对。所以所有的配对将在 2016/28 = 9 排列之后用完。似乎意识到排列如此之少是解决问题的关键。

您可以生成编号为 n = 0 ... N-1 的 N 个排列的列表

A_ij = (i * N + j + j * n * N) mod N^2

它通过移动每个排列中的列来生成新的排列。第 n 个排列的顶行是第 n-1 个排列的对角线。编辑:哎呀......这似乎只在 N 是素数时才有效。

这错过了最后一个排列,您可以通过转置矩阵来获得:

A_ij = j * N + i
于 2009-08-22T19:18:22.743 回答