Die Hauptschwierigkeit des Traveling Salesman Problem liegt nicht in der
Berechnung der einzelnen Graphen, sondern in der mit Zunahme der Knoten um
ganze Fakultäten wachsenden Anzahl der möglichen
Graphen. In der Praxis sind leistungsfähige, suboptimale
Lösungen, die möglichst nahe dem Optimum liegen, häufig
ausreichend. Hingegen laufen Optimallösungen auf eine vollständige
Analyse der n! möglichen Graphen hinaus.
Ohne
Eingrenzung:
Daraus folgt, dass eine vollständige Enumeration nur für
eine kleine Anzahl von Knoten möglich ist. Dabei ist es
unerheblich, ob diese Grenze nun bei 15 Knoten oder erst bei 20
Knoten liegt oder noch weiter hinausgeschoben werden kann. Die
Anzahl bleibt immer klein. Eingrenzung über
die Summe:
Oft kann man aber schon im Laufe der Berechnung einzelner
Graphen anhand der erreichten Summe der Kantenwerte feststellen, dass ein Optimum nicht
mehr gefunden werden kann, so
dass man die Berechnung abbricht, einen oder mehrere Schritte
zurückgeht und dann erst weiterrechnet (Backtracking). Die
bekannteste Verfahrensweise ist die sog. begrenzte
Enumeration. Die Anzahl möglicher Knoten für die Berechnung
optimaler Graphen erhöht sich zwar, die Grenze ist aber auch hier bald
erreicht. Schon gar nicht ist die begrenzte Enumeration eine
generelle Lösung für optimale TSP. Eingrenzung
über den Ausschluss von Kanten:
Eine andere Möglichkeit, die Menge der möglichen Graphen
einzuschränken, besteht darin, einzelne Kanten für eine optimale Lösung auszuschließen. Als
Beispiel sei
hier "Branch-and-Bound" genannt. Mit dieser Methode werden
wesentlich bessere Ergebnisse erzielt als mit der begrenzten
Enumeration. Der "Branch-and-Cut"-Algorithmus, mit dem man
das bisher größte TSP optimal berechnet hat (Weltrekord), baut auf
der Methode
von Branch-and-Bound auf.
Eingrenzung
über Nebenbedingungen:
Einer der häufigsten Einschränkungen über Nebenbedingungen ist der Spezialfall des TSP
im euklidischen Raum. Hier können von vornherein
bestimmte Kanten aufgrund ihrer Lage ausgeschlossen werden.
Neben Kanten die im Graph zu Überschneidungen des Weges führen
gehören z.B. alle diejenigen Kanten mit Sicherheit nicht zum
optimalen Graph, die Knoten auf der konvexen Hülle verbinden,
soweit jene nicht benachbart sind. Eingrenzung
über die Reduzierung der Ausgangsmenge:
Die ZIP-Methode geht einen anderen Weg. Durch die Zerlegung der
Gesamtgraphen in
zwei gleichstrukturierte Teilgraphen erreicht man
eine Minimierung der Ausgangsmenge
von Elementen. Können bekannte
Verfahren nicht nur auf Gesamtgraphen sondern auch
auf Teilgraphen
angewandt werden, so bringt die ZIP-Methode den entscheidenden
Quantensprung der rechentechnischen Vereinfachung.
(03.10.2005)
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