11.指派模型与匈牙利算法
指派问题的匈牙利算法
摘要在企业、公司的运营与管理中，管理者总是希望把人员最佳分派以发挥其最大工作效率，从而降低成本、提高效益。
然而，如果没有科学的方法是很难实现优化管理的，由此我们引入了指派问题。
指派问题多是求项目的工时最少，而很多情况下人们并不关心项目总工时的多少，而只关心项目能否在最短的时间内完成，即历时最少的指派问题。
这类问题研究的是n个人执行n项任务，执行每项任务的人数以及总的指派人项数均有限制，要求最优指派。
在运筹学中求解整数规划的指派问题通常是通过匈牙利算法来求解，但指派问题也可以归结为一个0-1整数规划问题，本文先对指派问题进行陈述，引出对实际问题的求解。
在指派问题的背景、描述中充分理解该问题，先运用匈牙利算法实现指派问题，然后再建立一个0-1整数规划模型，并运用matlab和lingo编译程序对问题进行编译，运用软件解决模型问题，最终实现指派问题在实际问题中的运用。
通过运用匈牙利算法和0-1整数规划同时对指派问题求解，我们发现用0-1整数规划的方法来求解可以更简单，也更方便程序的阅读和理解。
与此同时，我们还对0-1整数规划问题由整数数据深入研究到小数数据。
最后通过实例来说明运用matlab，lingo编译程序来解决整数规划问题的简便和有效性。
关键词：指派问题；匈牙利算法；0-1整数规划；matlab模型；lingo模型AbstractIn business, the company's operations and management, managers always want the best distribution of the staff to maximize their efficiency, reduce costs and improve efficiency. However, if there is no scientific method is difficult to achieve optimal management, which we introduced the assignment problem. Multi-assignment problem is to get the project working hours at least, and in many cases people do not care about how much the total project work, but only care about whether the project can be completed within the shortest possible time, that lasted for at least the assignment problem. Such problems is the n individual execution of tasks n, the number of people to perform each task and assign the total number of items are restricted to two people, requiring the optimal assignment. Integer programming in operations research for solving the assignment problem is usually solved by Hungarian algorithm, but the assignment problem can be reduced to a 0-1 integer programming problem, this paper first to make a statement on the assignment problem, leads to the solution of practical problems. Assignment problem in the background to fully understand the problem description, the first assignment problem using Hungarian algorithm, and then a 0-1 integer programming model and compiler using matlab and the lingo of the problem to be compiled using the software solution model problem Ultimately in the assignment of the application in practical problems. By using the Hungarian algorithm and the 0-1 integer programming to solve assignment problems simultaneously, we found that 0-1 integer programming method to solve a more simple and easier to read and understand the program. At the same time, we also 0-1 integer programming problem in-depth study by the integer data to a decimal data. Finally, an example to illustrate the use of matlab, lingo compiler to solve the integer programming problem is simple and effective.Keywords:assignment problem; Hungarian algorithm; 0-1 integer programming;matlab model; lingo model目录1. 问题陈述 (1)2. 指派问题的背景 (1)3. 指派问题的描述 (1)3.1 指派问题的一般形式 (1)3.2 问题的数学模型一般形式 (2)3.3 目标函数极大化的指派问题 (2)4．指派问题实现 (3)4.1 匈牙利算法 (3)4.1.1 匈牙利算法的理论基础 (3)4.1.2 匈牙利算法的实现步骤 (3)4.1.3 匈牙利算法实现指派问题 (4)4.2 0-1整数规划 (5)4.2.1 模型假设 (6)4.2.2 模型建立 (6)4.2.3 模型求解 (7)5. 问题的深入（0-1整数规划） (10)5.1 模型建立 (10)5.2 模型求解 (11)5.2.1 用matlab求解问题 (11)5.2.2 用lingo求解问题 (12)6. 结论 (14)6.1 总结概论 (14)6.2 具体分工.................................. 错误！未定义书签。
指派问题匈牙利算法最大值
指派问题匈牙利算法最大值
指派问题是一个优化问题，旨在确定如何将 n 个任务分配给 n 个人员，以便完成总成本最小或总利润最大。
匈牙利算法是解决指派问题的经典算法之一，通过寻找增广路径来找到最大权值的匹配。
在指派问题中，我们有一个 n x n 的成本矩阵，其中的每个元素表
示将特定任务分配给特定人员的成本或利润。
问题的目标是找到一种分配方式，使得总成本最小或总利润最大。
匈牙利算法是一种基于图论的算法，它通过构建二分图和寻找增广路径来解决指派问题。
算法的核心思想是通过不断改进当前的匹配，直到找到最优解。
具体来说，匈牙利算法的步骤如下：
1. 初始化一个空的匹配集合。
2. 对于每个任务，找到一个未被分配的人员，并将其分配给该任务。
如果该任务没有未被分配的人员，则考虑将其他任务分配给当前人员，并将当前任务分配给其它人员。
3. 如果存在一个未被匹配的任务，寻找一条从该任务出发的增广路径。
增广路径是一条交替经过匹配边和非匹配边的路径，起点和终点都是未匹配的任务。
4. 如果存在增广路径，则改进当前的匹配，即通过将增广路径上的
非匹配边变为匹配边，并将增广路径上的匹配边变为非匹配边。
5. 重复步骤3和步骤4，直到不存在增广路径为止。
匈牙利算法的运行时间复杂度为 O(n^3)，其中 n 是任务或人员的数量。
该算法可以找到指派问题的最优解，并且在实践中表现良好。
总之，指派问题是一个重要的优化问题，而匈牙利算法是一种解决指派问题的经典算法。
通过构建二分图并寻找增广路径，匈牙利算法可以找到指派问题的最优解。
求解指派问题的匈牙利算法.doc
3.2 求解指派问题的匈牙利算法由于指派问题的特殊性，又存在着由匈牙利数学家D.Konig 提出的更为简便的解法—匈牙利算法。
算法主要依据以下事实：如果系数矩阵)(ij c C =一行（或一列）中每一元素都加上或减去同一个数，得到一个新矩阵)(ij b B = ，则以C 或B 为系数矩阵的指派问题具有相同的最优指派。
利用上述性质，可将原系数阵C 变换为含零元素较多的新系数阵B ，而最优解不变。
若能在B 中找出n 个位于不同行不同列的零元素，令解矩阵中相应位置的元素取值为1，其它元素取值为零，则所得该解是以B 为系数阵的指派问题的最优解，从而也是原问题的最优解。
由C 到B 的转换可通过先让矩阵C 的每行元素均减去其所在行的最小元素得矩阵D ，D 的每列元素再减去其所在列的最小元素得以实现。
下面通过一例子来说明该算法。
例7 求解指派问题，其系数矩阵为⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=16221917171822241819211722191516C 解 将第一行元素减去此行中的最小元素15，同样，第二行元素减去17，第三行元素减去17，最后一行的元素减去16，得⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=06310157124074011B 再将第3列元素各减去1，得⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=****20531005711407301B 以2B 为系数矩阵的指派问题有最优指派⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛43124321 由等价性，它也是例7的最优指派。
有时问题会稍复杂一些。
例8 求解系数矩阵C 的指派问题⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=61071041066141512141217766698979712C 解：先作等价变换如下∨∨∨⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡→⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡----- 2636040*08957510*00*0032202*056107104106614151214121776669897971246767 容易看出，从变换后的矩阵中只能选出四个位于不同行不同列的零元素，但5=n ，最优指派还无法看出。
指派问题的求解方法
指派问题的求解方法嘿，咱今儿就来聊聊指派问题的求解方法。
你说这指派问题啊，就好像是给一群小伙伴分任务，得让每个人都能分到最合适的事儿，这可不容易嘞！咱先来说说啥是指派问题。
就好比有一堆工作，有几个人可以去做，每个人对不同工作的效率或者效果不一样。
那咱就得想办法，怎么把这些工作分配给这些人，才能让总的效果达到最好呀。
那咋求解呢？有一种方法叫匈牙利算法。
这就好比是一把神奇的钥匙，能打开指派问题的大门。
咱就把那些工作和人当成一个个小格子，通过一些计算和摆弄，找到最合适的搭配。
你想想啊，如果随便分，那可能就浪费了某些人的特长，或者让一些工作没被最合适的人去做，那不就亏大啦？用了这个匈牙利算法，就能一点点地把最合适的工作和人配对起来。
就像你去拼图，得找到每一块的正确位置，才能拼成一幅完整漂亮的图。
这匈牙利算法就是帮咱找到那些正确位置的好帮手呀！它能让那些工作和人都找到自己的“最佳搭档”。
还有啊，咱在生活中也经常会遇到类似的指派问题呢。
比如说，家里要打扫卫生，每个人擅长打扫的地方不一样，那怎么分配任务才能又快又好地打扫完呢？这不就是个小小的指派问题嘛。
或者说在公司里，有几个项目要分给不同的团队，哪个团队最适合哪个项目，这也得好好琢磨琢磨，才能让项目都顺利完成，取得好成果呀。
总之呢，指派问题的求解方法可重要啦，就像我们走路需要一双好鞋一样。
掌握了这些方法，咱就能在面对各种指派问题的时候，不慌不忙，轻松应对，找到那个最优解。
你说是不是很厉害呀？所以啊，可别小瞧了这指派问题的求解方法哦，说不定啥时候就能派上大用场呢！。
分配问题指派问题与匈牙利法课件
分派方案满足下述两个条件：
• 任一个工人都不能去做两件或两件以上的工作 1.任一件工作都不能同时接受两个及以上的工人去做
分配问题指派问题与匈牙利法课件
标准形式的分配问题
n个人 n件事
每件事必有且只有一个人去做 每个人必做且只做一件事
5 0 2 0 2
2
3
0
0
0
0 10 5 7 2
9
8
0
0
4
0 6 3 6 5
圈0个数4 < n=5
5 0 2 0 2
2
3
0
0
0
0 10 5 7 2
9
8
0
0
4
0 6 3 6 5
分配问题指派问题与匈牙利法课件
⑥找未被直线覆盖的最小数字k；
⑦对矩阵的每行：当该行有直线覆盖时，令ui=0； 当 该 行 无 直 线 覆 盖 时 ， 令 ui=k 。
⑩再次寻找独立零元素
逐列检验
4 8 7 15 12
7 9 17 14 10
6
9
12
8
7
6 7 14 6 10
6
9
12
10
6
0 3 0 11 8
0 0 6 6 2
0
1
2
1
0
0 0 5 0 4
0
2
3
4
0
0 0 1 0 0
0 1 0 0 0
0
0
0
0
1
0 0 0 1 0
分配问题指派问题与匈牙利法课件
数学模型
第五章 匈牙利法与最佳指派问题
7 2 2
4
3
8 3 5 3
11 8
4
4 1 4
情况一出现，即得到了最优解，其相应的解矩阵为：
0 1 0 0 0
0 0 1 0 0
xij
1
0
0
0
0
0 0 0 1 0
0 0 0 0 1
由此得知最优指派方案为甲完成任务B，乙完成任务
C，丙完成任务A，丁完成任务D，戊完成任务E，最少时
间为
min z 7 6 7 6 6 32
而总的最少时间为32天．
当然，由于方法中的第二步4中的情况二的出现，造成 指派问题的最优解常常是不唯一的，但不同最优解的 最优值总是相同的．
第三节 非标准指派问题
前一节的匈牙利法只适用于目标函数为极小、价值 系数矩阵为方阵且价值系数矩阵中元素均为非负的情况。 当指派问题不满足上述三个条件时，就应先化成标准的 指派问题，然后再用匈牙利法求解．
解：
ABC DEF
甲 16 10 12 15 0 0 8 2
甲 16 10 12 15 0 0
8
2
乙 11 12 10 18 0 0 3 2 3
乙
11
12
10
18
0
0
3
2
3
丙 8 17 13 16 0 0 7 3 1
丙
8
17 13 16
0
0
7
3
1
8 10 10 15
本例经过反复的行、列检验后得到如下矩阵：
5 2 2
2
3
10 5 7 5
9
8
4
6 3 6 2
情况三出现，亦即未得到完全分配方案，求解过程 按以下步骤继续进行。
数学建模匈牙利算法
数学建模匈牙利算法
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目录
一、匈牙利算法的概念与基本原理
二、匈牙利算法的应用实例
三、匈牙利算法的优缺点
正文
一、匈牙利算法的概念与基本原理
匈牙利算法（Hungarian algorithm）是一种求解二分图最大匹配问题的算法，由匈牙利数学家 Mátyásovszky 于 1937 年首次提出。
该算法的基本思想是：通过不断循环寻找图中的偶数长度路径，并将路径中的顶点依次匹配，直到找不到这样的路径为止。
此时，图中的所有顶点都已匹配，即得到了二分图的最大匹配。
二、匈牙利算法的应用实例
匈牙利算法广泛应用于任务分配、资源调度、数据融合等领域。
下面举一个简单的例子来说明匈牙利算法的应用。
假设有 5 个工人和 8 个任务，每个工人完成不同任务的效率不同。
我们需要为每个任务分配一个工人，使得总效率最大。
可以用一个二分图来表示这个问题，其中顶点分为两类：工人和任务。
边表示任务与工人之间的效率关系。
匈牙利算法可以用来求解这个问题，找到最优的任务分配方案。
三、匈牙利算法的优缺点
匈牙利算法的优点是简单、高效，可以解决二分图的最大匹配问题。
然而，它也存在一些缺点：
1.匈牙利算法只能解决无向图的匹配问题，对于有向图，需要将其转
换为无向图才能使用匈牙利算法。
2.当图中存在环时，匈牙利算法无法找到最大匹配。
这时需要使用其他算法，如 Euclidean algorithm（欧几里得算法）来解决。
3.匈牙利算法在实际应用中可能存在数值稳定性问题，即在计算过程中可能出现精度误差。
指派问题匈牙利算法步骤
匈牙利算法是解决二分图最大匹配问题的经典算法。
以下是匈牙利算法的步骤：
初始化：创建一个二分图，并将所有边的匹配状态初始化为未匹配。
选择一个未匹配的左侧顶点作为起始点，开始进行增广路径的寻找。
在增广路径的寻找过程中，首先选择一个未访问的左侧顶点作为当前路径的起点。
针对当前路径的起点，依次遍历与其相邻的右侧顶点。
对于每个右侧顶点，如果该顶点未被访问过，则标记为已访问，并判断该顶点是否已匹配。
如果该右侧顶点未匹配，则找到了一条增广路径，结束路径的寻找过程。
如果该右侧顶点已匹配，将其与之匹配的左侧顶点标记为已访问，并继续寻找与该左侧顶点相邻的右侧顶点，构建新的路径。
如果当前路径无法找到增广路径，则回溯到上一个路径的起点，并继续寻找其他路径。
当所有的路径都无法找到增广路径时，算法结束。
根据最终得到的匹配结果，即可得到二分图的最大匹配。
这些步骤描述了匈牙利算法的基本流程。
具体实现时，可以采用递归或迭代的方式来寻找增广路径，通过标记顶点的访问状态来进行路径的选择和回溯。
算法的时间复杂度为O(V*E)，其中V是顶点的数量，E是边的数量。
运筹学指派问题的匈牙利法
运筹学课程设计指派问题的匈牙利法专业：姓名：学号：1.算法思想：匈牙利算法的基本思想是修改效益矩阵的行或列，使得每一行或列中至少有一个为零的元素，经过修正后，直至在不同行、不同列中至少有一个零元素，从而得到与这些零元素相对应的一个完全分配方案。
当它用于效益矩阵时，这个完全分配方案就是一个最优分配，它使总的效益为最小。
这种方法总是在有限步內收敛于一个最优解。
该方法的理论基础是：在效益矩阵的任何行或列中，加上或减去一个常数后不会改变最优分配。
2.算法流程或步骤：1.将原始效益矩阵C的每行、每列各元素都依次减去该行、该列的最小元素，使每行、每列都至少出现一个0元素，以构成等价的效益矩阵C’。
2.圈0元素。
在C’中未被直线通过的含0元素最少的行（或列）中圈出一个0元素，通过这个0元素作一条竖（或横）线。
重复此步，若这样能圈出不同行不同列的n个0元素，转第四步，否则转第三步。
3.调整效益矩阵。
在C’中未被直线穿过的数集D中，找出最小的数d，D中所有数都减去d，C’中两条直线相交处的数都加的d。
去掉直线，组成新的等价效益矩阵仍叫C’，返回第二步。
X=0，这就是一种最优分配。
最低总4.令被圈0元素对应位置的X ij=1,其余ij耗费是C中使X=1的各位置上各元素的和。
ij算法流程图：3.算法源程序：#include<iostream.h>typedef struct matrix{float cost[101][101];int zeroelem[101][101];float costforout[101][101];int matrixsize;int personnumber;int jobnumber;}matrix;matrix sb;int result[501][2];void twozero(matrix &sb);void judge(matrix &sb,int result[501][2]);void refresh(matrix &sb);void circlezero(matrix &sb);matrix input();void output(int result[501][2],matrix sb);void zeroout(matrix &sb);matrix input(){matrix sb;int m;int pnumber,jnumber;int i,j;float k;char w;cout<<"指派问题的匈牙利解法:"<<endl;cout<<"求最大值，请输入1;求最小值，请输入0:"<<endl;cin>>m;while(m!=1&&m!=0){cout<<"请输入1或0:"<<endl;cin>>m;}cout<<"请输入人数(人数介于1和100之间):"<<endl;cin>>pnumber;while(pnumber<1||pnumber>100){cout<<"请输入合法数据:"<<endl;cin>>pnumber;}cout<<"请输入工作数(介于1和100之间):"<<endl;cin>>jnumber;while(jnumber<1||jnumber>100){cout<<"请输入合法数据:"<<endl;cin>>jnumber;}cout<<"请输入"<<pnumber<<"行"<<jnumber<<"列的矩阵,同一行内以空格间隔,不同行间以回车分隔,以$结束输入:\n";for(i=1;i<=pnumber;i++)for(j=1;j<=jnumber;j++){cin>>sb.cost[i][j];sb.costforout[i][j]=sb.cost[i][j];}cin>>w;if(jnumber>pnumber)for(i=pnumber+1;i<=jnumber;i++)for(j=1;j<=jnumber;j++){sb.cost[i][j]=0;sb.costforout[i][j]=0;}else{if(pnumber>jnumber)for(i=1;i<=pnumber;i++)for(j=jnumber+1;j<=pnumber;j++){sb.cost[i][j]=0;sb.costforout[i][j]=0;}}sb.matrixsize=pnumber;if(pnumber<jnumber)sb.matrixsize=jnumber;sb.personnumber=pnumber;sb.jobnumber=jnumber;if(m==1){k=0;for(i=1;i<=sb.matrixsize;i++)for(j=1;j<=sb.matrixsize;j++)if(sb.cost[i][j]>k)k=sb.cost[i][j];for(i=1;i<=sb.matrixsize;i++)for(j=1;j<=sb.matrixsize;j++)sb.cost[i][j]=k-sb.cost[i][j];}return sb;}void circlezero(matrix &sb){int i,j;float k;int p;for(i=0;i<=sb.matrixsize;i++)sb.cost[i][0]=0;for(j=1;j<=sb.matrixsize;j++)sb.cost[0][j]=0;for(i=1;i<=sb.matrixsize;i++)for(j=1;j<=sb.matrixsize;j++)if(sb.cost[i][j]==0){sb.cost[i][0]++;sb.cost[0][j]++;sb.cost[0][0]++;}for(i=0;i<=sb.matrixsize;i++)for(j=0;j<=sb.matrixsize;j++)sb.zeroelem[i][j]=0;k=sb.cost[0][0]+1;while(sb.cost[0][0]<k){k=sb.cost[0][0];for(i=1;i<=sb.matrixsize;i++){if(sb.cost[i][0]==1){for(j=1;j<=sb.matrixsize;j++)if(sb.cost[i][j]==0&&sb.zeroelem[i][j]==0)break;sb.zeroelem[i][j]=1;sb.cost[i][0]--;sb.cost[0][j]--;sb.cost[0][0]--;if(sb.cost[0][j]>0)for(p=1;p<=sb.matrixsize;p++)if(sb.cost[p][j]==0&&sb.zeroelem[p][j]==0){sb.zeroelem[p][j]=2;sb.cost[p][0]--;sb.cost[0][j]--;sb.cost[0][0]--;}}}for(j=1;j<=sb.matrixsize;j++){if(sb.cost[0][j]==1){for(i=1;i<=sb.matrixsize;i++)if(sb.cost[i][j]==0&&sb.zeroelem[i][j]==0)break;sb.zeroelem[i][j]=1;sb.cost[i][0]--;sb.cost[0][j]--;sb.cost[0][0]--;if(sb.cost[i][0]>0)for(p=1;p<=sb.matrixsize;p++)if(sb.cost[i][p]==0&&sb.zeroelem[i][p]==0){sb.zeroelem[i][p]=2;sb.cost[i][0]--;sb.cost[0][p]--;sb.cost[0][0]--;}}}}if(sb.cost[0][0]>0)twozero(sb);elsejudge(sb,result);}void 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st;for(i=1;i<=sb.matrixsize;i++)if(sb.cost[i][0]>0)break;if(i<=sb.matrixsize){for(j=1;j<=sb.matrixsize;j++){st=sb;if(sb.cost[i][j]==0&&sb.zeroelem[i][j]==0){sb.zeroelem[i][j]=1;sb.cost[i][0]--;sb.cost[0][j]--;sb.cost[0][0]--;for(q=1;q<=sb.matrixsize;q++)if(sb.cost[i][q]==0&&sb.zeroelem[i][q]==0){sb.zeroelem[i][q]=2;sb.cost[i][0]--;sb.cost[0][q]--;sb.cost[0][0]--;}for(p=1;p<=sb.matrixsize;p++)if(sb.cost[p][j]==0&&sb.zeroelem[p][j]==0){sb.zeroelem[p][j]=2;sb.cost[p][0]--;sb.cost[0][j]--;sb.cost[0][0]--;}k=sb.cost[0][0]+1;while(sb.cost[0][0]<k){k=sb.cost[0][0];for(p=i+1;p<=sb.matrixsize;p++){if(sb.cost[p][0]==1){for(q=1;q<=sb.matrixsize;q++)if(sb.cost[p][q]==0&&sb.zeroelem[p][q]==0)break;sb.zeroelem[p][q]=1;sb.cost[p][0]--;sb.cost[0][q]--;sb.cost[0][0]--;for(m=1;m<=sb.matrixsize;m++)if(sb.cost[m][q]=0&&sb.zeroelem[m][q]==0){sb.zeroelem[m][q]=2;sb.cost[m][0]--;sb.cost[0][q]--;sb.cost[0][0]--;}}}for(q=1;q<=sb.matrixsize;q++){if(sb.cost[0][q]==1){for(p=1;p<=sb.matrixsize;p++)if(sb.cost[p][q]==0&&sb.zeroelem[p][q]==0)break;sb.zeroelem[p][q]=1;sb.cost[p][q]--;sb.cost[0][q]--;sb.cost[0][0]--;for(n=1;n<=sb.matrixsize;n++)if(sb.cost[p][n]==0&&sb.zeroelem[p][n]==0){sb.zeroelem[p][n]=2;sb.cost[p][0]--;sb.cost[0][n]--;sb.cost[0][0]--;}}}}if(sb.cost[0][0]>0)twozero(sb);elsejudge(sb,result);}sb=st;}}}void judge(matrix &sb,int result[501][2]){int i,j;int m;int n;int k;m=0;for(i=1;i<=sb.matrixsize;i++)for(j=1;j<=sb.matrixsize;j++)if(sb.zeroelem[i][j]==1)m++;if(m==sb.matrixsize){k=1;for(n=1;n<=result[0][0];n++){for(i=1;i<=sb.matrixsize;i++){for(j=1;j<=sb.matrixsize;j++)if(sb.zeroelem[i][j]==1)break;if(i<=sb.personnumber&&j<=sb.jobnumber)if(j!=result[k][1])break;k++;}if(i==sb.matrixsize+1)break;elsek=n*sb.matrixsize+1;}if(n>result[0][0]){k=result[0][0]*sb.matrixsize+1;for(i=1;i<=sb.matrixsize;i++)for(j=1;j<=sb.matrixsize;j++)if(sb.zeroelem[i][j]==1){result[k][0]=i;result[k++][1]=j;}result[0][0]++;}}else{refresh(sb);}}void refresh(matrix &sb){int i,j;float k;int p;k=0;for(i=1;i<=sb.matrixsize;i++){for(j=1;j<=sb.matrixsize;j++)if(sb.zeroelem[i][j]==1){sb.zeroelem[i][0]=1;break;}}while(k==0){k=1;for(i=1;i<=sb.matrixsize;i++)if(sb.zeroelem[i][0]==0){sb.zeroelem[i][0]=2;for(j=1;j<=sb.matrixsize;j++)if(sb.zeroelem[i][j]==2){sb.zeroelem[0][j]=1;}}for(j=1;j<=sb.matrixsize;j++){if(sb.zeroelem[0][j]==1){sb.zeroelem[0][j]=2;for(i=1;i<=sb.matrixsize;i++)if(sb.zeroelem[i][j]==1){sb.zeroelem[i][0]=0;k=0;}}}}p=0;k=0;for(i=1;i<=sb.matrixsize;i++){if(sb.zeroelem[i][0]==2){for(j=1;j<=sb.matrixsize;j++){if(sb.zeroelem[0][j]!=2)if(p==0){k=sb.cost[i][j];p=1;}else{if(sb.cost[i][j]<k)k=sb.cost[i][j];}}}}for(i=1;i<=sb.matrixsize;i++){if(sb.zeroelem[i][0]==2)for(j=1;j<=sb.matrixsize;j++)sb.cost[i][j]=sb.cost[i][j]-k;}for(j=1;j<=sb.matrixsize;j++){if(sb.zeroelem[0][j]==2)for(i=1;i<=sb.matrixsize;i++)sb.cost[i][j]=sb.cost[i][j]+k;}for(i=0;i<=sb.matrixsize;i++)for(j=0;j<=sb.matrixsize;j++)sb.zeroelem[i][j]=0;circlezero(sb);}void zeroout(matrix &sb){int i,j;float k;for(i=1;i<=sb.matrixsize;i++){k=sb.cost[i][1];for(j=2;j<=sb.matrixsize;j++)if(sb.cost[i][j]<k)k=sb.cost[i][j];for(j=1;j<=sb.matrixsize;j++)sb.cost[i][j]=sb.cost[i][j]-k;}for(j=1;j<=sb.matrixsize;j++){k=sb.cost[1][j];for(i=2;i<=sb.matrixsize;i++)if(sb.cost[i][j]<k)k=sb.cost[i][j];for(i=1;i<=sb.matrixsize;i++)sb.cost[i][j]=sb.cost[i][j]-k;}}void output(int result[501][2],matrix sb) {int k;int i;int j;int p;char w;float v;v=0;for(i=1;i<=sb.matrixsize;i++){v=v+sb.costforout[i][result[i][1]];}cout<<"最优解的目标函数值为"<<v;k=result[0][0];if(k>5){cout<<"解的个数超过了限制."<<endl;k=5;}for(i=1;i<=k;i++){cout<<"输入任意字符后输出第"<<i<<"种解."<<endl;cin>>w;p=(i-1)*sb.matrixsize+1;for(j=p;j<p+sb.matrixsize;j++)if(result[j][0]<=sb.personnumber&&result[j][1]<=sb.jobnumber)cout<<"第"<<result[j][0]<<"个人做第"<<result[j][1]<<"件工作."<<endl;}}void main(){result[0][0]=0;sb=input();zeroout(sb);circlezero(sb);output(result,sb);}4. 算例和结果：自己运算结果为：->⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡3302102512010321->⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡330110241200032034526635546967562543----⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡可以看出：第1人做第4件工作；第2人做第1件工作；第3人做第3件工作；第4人做第2件工作。
指派问题的数学模型
指派问题的数学模型
数学中有多种指派问题模型，以下是几个常见的：
1. 二分图匹配模型：将指派问题看作是二分图中的最大匹配问题。
将待分配的任务和接受任务的对象分别看作是二分图中的两个部分，将每个待分配任务和每个对象之间连一条边，并赋予权值表示在该情况下指派此任务给此对象的效果。
最终目标是找到一种方案，使得总权值最大。
2. 匈牙利算法：是解决二分图匹配问题的经典算法，能够在多项式时间内求解最大匹配问题。
3. 线性规划模型：将指派问题转化为线性规划模型，通过最小化或最大化某个目标函数的方式，得到满足约束条件的最优解。
4. 费用流模型：将指派问题看作是最小费用最大流问题，将待分配的任务看作源点，接受任务的对象看作汇点，建立相应的网络流模型，并加入相应的约束条件，通过找到最小费用最大流的方式得到最优解。
指派问题匈牙利算法最大值
指派问题匈牙利算法最大值
匈牙利算法(匈牙利算法,也被称为“插入-删除算法”或“排序算法”)是一种整数排序算法,在指派问题中可以将一个整数数组按照一定规则排序,使得所有指派中最大的元素出现的位置都不相同。
以下是匈牙利算法在解决指派问题的最大值问题的步骤:
1. 将数组分为两个部分,左半部分尽可能地小,右半部分尽可能地大。
2. 从右半部分开始,将一个元素与它的指派对象的最大值进行
比较。
如果两个元素之间的指派关系不符合要求,就将它们交换位置。
3. 接下来,从左边半部分开始,将一个元素与它的指派对象的最大值进行比较。
如果两个元素之间的指派关系不符合要求,就将它们交换位置。
4. 重复步骤2和步骤3,直到左半部分的最大值与右半部分的最大值相等。
5. 在最右半部分找到最大的元素,将它与左半部分的最大值交换。
6. 重复步骤1到步骤5,直到数组中的所有元素都被排序。
匈牙利算法的时间复杂度为O(nlogn),其中n为数组的长度。
在实际应用中,该算法通常用于小规模数据的排序,对于大规模数据的
排序则需要使用更高效的算法。
指派问题与匈牙利解法
指派问题与匈⽛利解法指派问题概述：实际中，会遇到这样的问题，有n项不同的任务，需要n个⼈分别完成其中的1项，每个⼈完成任务的时间不⼀样。
于是就有⼀个问题，如何分配任务使得花费时间最少。
通俗来讲，就是n*n矩阵中，选取n个元素，每⾏每列各有1个元素，使得和最⼩。
如下图：指派问题性质：指派问题的最优解有这样⼀个性质，若从矩阵的⼀⾏(列)各元素中分别减去该⾏(列)的最⼩元素，得到归约矩阵，其最优解和原矩阵的最优解相同．匈⽛利法：12797989666717121491514661041071091.⾏归约：每⾏元素减去该⾏的最⼩元素502022300001057298004063652.列归约：每列元素减去该列的最⼩元素502022300001057298004063653.试指派：(1)找到未被画线的含0元素最少的⾏列，即，遍历所有未被画线的0元素，看下该0元素所在的⾏列⼀共有多少个0，最终选取最少个数的那个0元素。
(2)找到该⾏列中未被画线的0元素，这就是⼀个独⽴0元素。
对该0元素所在⾏和列画线。
50202230000105729800406365502022300001057298004063655020223000010572980040636550202230000105729800406365(3)暂时不看被线覆盖的元素，重复(1)(2)直到没有线可以画。
(4)根据(2)找到的0元素个数判断，找到n个独⽴0元素则Success，⼩于n个则Fail.（本例⼦中，n=5，可以看到，第⼀次试指派之后，独⽴0元素有4个，不符合）4.画盖0线：⽬标：做最少的直线数覆盖所有0元素，直线数就是独⽴0元素的个数。
注意：这跟3的线不同；不能⽤贪⼼法去画线，⽐如1 0 01 1 01 0 1若先画横的，则得画3条线，实际只需2条；若先画竖的，将矩阵转置后同理。
步骤3得出的独⽴0元素的位置50202230000105729800406365(1)对没有独⽴0元素的⾏打勾、(2)对打勾的⾏所含0元素的列打勾(3)对所有打勾的列中所含独⽴0元素的⾏打勾(4)重复(2)(3)直到没有不能再打勾(5)对打勾的列和没有打勾的⾏画画线，这就是最⼩盖0线。
指派问题和匈牙利法
2015-6-16
汇报提纲
一、指派问题的数学模型 二、匈牙利法 三、实例分析
三、实例分析
实例分析
有一份中文说明书，需译成英、日、德、俄四种文字，分别记作E、 J、G、R。现有甲、乙、丙、丁四人，将中文说明书译成不同语种的说 明书，所需的时间如表所示。问应指派何人去完成何种工作，使所需时
间最少？
第四步 进一步变换，得到最优解
（1）在未划线的元素中找最小者，设为 δ ； （2）在未被直线覆盖的各元素减去 δ ； （3）对两条直线交叉点覆盖的元素加上 δ ； （4）只有一条直线覆盖的元素保持不变 ；
(0)
11 2 0
8
(0)
2
5
5
4
0 6 13 0
0
5
3
4
3 (0) 0 11 4 5
11 0
或竖直线)数恰好为m条。
（3） 如果在价值系数矩阵中，位于不同行或不同列的零元素的个 数与价值系数矩阵(Cij)n×n的阶数相同，则显然只要令对应于这些 零元素位置的Xij=1，其余的Xij=0，则此解就是问题的最优解。
8
二、匈牙利法
匈牙利法的求解步骤
第一步 第二步 第三步 第四步 变换价值系数矩阵，使各行各列中都出现0元素； 选取0元素； 以最少数目的直线覆盖矩阵中所有0元素； 进一步变换，得到最优解。
(0) 11 2 0
8 (0)
2 5
5 4
3 (0) 0 11 4 5
此例中括起的0元素只有三个，小于矩阵阶数4，故需转第 三步。
2015-6-16
三、实例分析
第三步 以最少数目的直线覆盖矩阵中所有0元素
； ； ； 行上所有的0元素对应的列打 （1）对没有括起的行打 （2）对打 （3）对打
2023年运筹学指派问题的匈牙利法实验报告
2023年运筹学指派问题的匈牙利法实验报告一、前言运筹学是一门涉及多学科交叉的学科，其主要研究通过数学模型和计算机技术来提高生产和管理效率的方法和技术。
其中，指派问题是运筹学中的重要研究方向之一。
针对指派问题，传统的解决方法是匈牙利法。
本文将基于匈牙利法，通过实验的方法来探讨2023年指派问题的发展。
二、指派问题1.定义指派问题是指在一个矩阵中指定每一行和每一列只选一个数，使得多个行和列没有相同的数，而且总和最小。
2.传统算法匈牙利算法是一种经典的用于解决指派问题的算法。
该算法基于图论的思想，用于寻找最大匹配问题中的最大流。
匈牙利算法的时间复杂度为 $O(n^3)$，但是，该算法仍然被广泛应用于实际问题求解。
三、实验设计1.实验目的本实验旨在探究匈牙利算法在指派问题中的应用以及其发展趋势，同时，通过对比算法运行速度来评估其效率和实用性。
2.实验原材料本实验将采用Python语言来实现匈牙利算法，数据集选取为UCI Machine Learning Repository中的鸢尾花数据集。
3.实验步骤步骤1：导入数据集，并进行数据预处理。
步骤2：计算每个样本在所有类别中的得分，并选取得分最高的类别作为预测结果。
步骤3：使用匈牙利算法对预测结果进行优化，以求得更优的分类方案。
步骤4：对比优化前后的分类结果，评估算法的实用性和效率。
四、实验结果本实验的最终结果表明，匈牙利算法在指派问题中的应用具有很好的效果。
实验数据表明，经过匈牙利算法优化后，分类器的准确率有了显著提高，分类结果更加精确。
同时，通过对比算法运行时间，也发现该算法具有较高的运行速度和效率。
五、实验结论本实验通过大量数据实验表明，匈牙利算法在指派问题中的应用具有很高的效率和精度。
将算法运用到实际生产和管理中，可有效地提高生产效率和管理水平。
但是，由于算法的时间复杂度比较高，因此在实际运用过程中需要合理选择算法，并对算法进行优化，以确保其效率达到最大化。
匈牙利算法 描述
匈牙利算法描述
匈牙利算法（Hungarian algorithm）是一种用于解决指派问题的优化算法。
指派问题即在给定若干个任务和执行者之间，找到最佳的任务分配方案，使总体成本最小或总体效益最大。
匈牙利算法的基本思想是通过构建一个初始的匹配矩阵，然后通过一系列的步骤来逐步优化任务分配。
下面是匈牙利算法的主要步骤：
1.构建初始匹配矩阵：根据给定的任务和执行者之间的成本
或效益，构建一个初始的n × n 的匹配矩阵，其中n 表示
任务或执行者的数量。
2.执行最小化匹配：在初始匹配矩阵中，通过找到每一行和
每一列的最小值，并减去该最小值，使得每行和每列都至
少有一个零元素。
3.进行任务分配：在完成步骤2后，判断匹配矩阵中是否存
在完美匹配（即每一行和每一列都有且只有一个零元素）。
如果存在完美匹配，则结束算法，任务分配完成。
如果不
存在完美匹配，则进入下一步。
4.寻找零元素覆盖：在匹配矩阵中查找未被选择的零元素，
并尝试通过最少线覆盖来覆盖所有的零元素，以找到可能
的任务分配方案。
5.更新匹配矩阵：在覆盖了所有的零元素后，根据覆盖线的
位置来对匹配矩阵进行更新和调整，以准备下一次迭代。
6.重复步骤2至步骤5，直到找到合适的任务分配方案或达
到停止条件。
通过上述步骤，匈牙利算法能够找到最佳的任务分配方案，使得总体成本最小或总体效益最大。
该算法的时间复杂度为O(n^4)，其中n 表示任务或执行者的数量。
匈牙利算法在实际应用中广泛用于任务分配、资源调度、运输优化等问题。
数学建模匈牙利算法
数学建模匈牙利算法数学建模匈牙利算法是一种用于解决分配问题的经典算法，它可以在多项式时间内找到最优解。
匈牙利算法最初是为了解决分配问题而设计的，但现在已经扩展到了其他领域，例如机器学习、优化理论和图论等。
分配问题是一种组合优化问题，它通常涉及将一组资源分配给一组人或任务，以最小化总成本或最大化总效益。
分配问题的关键是要找到一种分配方式，使得每个任务或人得到的资源数量是合理的，并且总成本或总效益是最大的。
匈牙利算法的核心思想是通过在任务或人之间添加虚拟任务或人来简化分配问题。
这些虚拟任务或人可以看作是“桥”，它们可以将不同的任务或人连接起来，从而使得分配问题的解更加简单。
1.初始化：将每个任务或人表示为一个节点，并将所有节点放在一个图中。
2.寻找增广路径：通过使用DFS或BFS等搜索算法，在图中寻找一个增广路径。
增广路径是指一条路径，它连接所有节点，并且可以通过添加虚拟任务或人来扩展。
3.扩展增广路径：在找到增广路径后，可以将其扩展成一个覆盖集，即一个包含所有节点的集合，且每个节点恰好被访问一次。
4.重复步骤2和3：继续寻找增广路径并扩展覆盖集，直到找不到增广路径为止。
5.输出结果：输出最终的覆盖集作为分配问题的解。
匈牙利算法的时间复杂度取决于搜索算法的时间复杂度。
如果使用DFS作为搜索算法，则时间复杂度为O(n^3)，其中n是节点数。
如果使用BFS作为搜索算法，则时间复杂度为O(n^2)。
在实际应用中，匈牙利算法可以与其他优化技术结合使用，例如遗传算法、模拟退火和蚁群优化等。
这些技术可以加速搜索过程，并提高算法的效率和可靠性。
此外，匈牙利算法还可以用于解决其他类型的问题，例如工作调度、资源分配和车辆路径问题等。
这些问题都可以通过添加虚拟任务或人来简化，并使用匈牙利算法找到最优解。
总之，数学建模匈牙利算法是一种非常有效的分配问题求解算法，它可以在多项式时间内找到最优解。
通过与其他优化技术的结合使用，它可以广泛应用于各种实际应用场景中，为解决复杂的优化问题提供有效的解决方案。
指派问题的匈牙利法
1, 第i个工人做第j件事 xij 0， 第i个工人不做第j件事
则数学模型如下
nm
min z
cij xij
j 1 i1
n
xij
1,i 1,2,, m
j1
m
xij
1, j 1,2,, n
i1 xij 0,1;
i 1,2,, m;
j 1,2,, n
举例说明
1）表上作业法
j 1 i1
j 1 i1 ik
nn
n
cij xij c xkj
j 1 i1
j 1
nn
cij xij c
j 1 i1
同解问题
nm
minz
cij xij
j 1 i1
n
xij 1,i 1,2,, m
j1
m
xij
1,
j 1,2,, n
i1 xij 0,1;
i 1,2,, m;
5 0 2 0 2
2
3
00
0
0 10 5 7 2 √
9 8 0 0 10
0 6 3 6 5 √
√
调整可行解
7 0 2 0 2
4
300
0
0 8 3 5 0
11 8 0 0 10
0 4 1 4 3
再圈零划零
7 0 2 0 2
4
3
0
0
0
0 8 3 5 0
11 8 0 0 10
0 4 1 4 3
指派问题
指派问题是一种特殊的整数规划问题 一、问题的提出
设有m个工人，能做n件事，但效率不 同，并规定每个工人做且只能做一件事， 每件事有且只能有一个工人做，问应该如 何安排他们的工作，使花费的总时间（成 本）最少或效率最高？
指派问题与匈牙利算法
15 20 10 9 6 5 4 7 10 13 16 17 0 0 0 0
§5.5 指派问题 Assignment Problem
Ch5 Integer Programming
2011年5月9日星期一 Page 4 of 12
求最大值的指派问题 匈牙利法的条件是：模型求最小值、效率cij≥0 设C=(cij)m×m 对应的模型是求最大值 将其变换为求最小值 令
m z = ∑∑cij xij ax
i j
M = m { ij } ax c
i, j
C′ = (M − cij )
5 11 8 6 3 9 6 14 4 2 10 3 17 5 1 5 11 8 6 3 9 6 14 4 2 10 3 17 5 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
当人数m小于工作数n时，加上n－m个人，例如
§5.5 指派问题 Assignment Problem
Ch5 Integer Programming
2011年5月9日星期一 Page 6 of 12
用匈牙利法求解：
10 3 22 0 8 17 C ′＝ 13 12 16 9 5 15 7 0 C ′＝ 8 4
5 0 5 7
§5.5 指派问题 Assignment Problem
Ch5 Integer Programming
2011年5月9日星期一 Page 1 of 12
求解例5.4指派问题的方法：匈牙利算法 匈牙利算法 匈牙利算法是匈牙利数学家克尼格（Konig）证明了下面两个基本 定理，为计算分配问题奠定了基础。因此，基于这两个定理基础上 建立起来的解分配问题的计算方法被称为匈牙利法。 假设问题求最小值，m个人恰好做m项工作，第i个人做第j项工作的 效率为cij，效率矩阵为[cij] 。 【定理 定理5.1 】如果从分配问题效率矩阵[cij]的每一行元素中分别减去 定理 （或加上）一个常数ui（被称为该行的位势），从每一列分别减去 （或加上）一个常数vj（称为该列的位势），得到一个新的效率矩 阵[bij]，若其中bij=cij－ui－vj,则[bij]的最优解等价于[cij]的最优解。这 里cij、bij均非负。(如何将效率表中的元素转换为有零元素)
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n
n
ij
X ij ，可令 M = max{Cij }，构造
一个新的效率矩阵(M Cij) nn。显然，(M Cij) nn 0。因为
(M C ) X MX C
i 1 j 1 n ij ij i 1 j 1 ij i 1 j 1
n
n
n
n
n
ij
X ij nM Cij X ij ，
第三步：作最小能覆盖所有零元素的直线集合。为此，按如 下步骤对矩阵D进行操作： (1) 对没有“”的行打 号； (2) 对已打 号的行上的所有“0”元素所在的列打 号； (3) 再对已打 号的列上有“”的行打 号； (4) 重复 (2)，(3) 直到得不出新的打 号的行列为止； 对没有打 号的行划横线，所有打 号的列划纵线，这就是 能覆盖所有零元素的最小直线集合。 第四步：进行调整。在没有被直线覆盖的部分元素中找出最 小元素，对没有画直线的行的各元素都减去这最小元素。对 已画直线的列的各元素都加上这最小元素，得到的新的效率 矩阵仍记为B。转第二步。
例子
例6.5.1
作业：求解效率矩阵C所表示的指派问题，其中。
轾 12 7 9 7 9 犏 犏 8 9 6 6 6 犏 C =犏 7 17 12 14 12 犏 15 14 6 6 10 犏 犏 4 10 7 10 6 犏 臌
对于最大化的指派问题，即求 max Z
C
i 1 j 1 n
i 1 j 1
n
模型的构建
指派问题本质上是0—1规划问题。设Xij表 示Ai完成Bj工作，并令
1 当指派Ai 去完成B j 工作 X ij 0 当不指派Ai 去完成B j 工作
指派模型的标准形式为
min Z cij X ij
i 1 j 1 n n
( cij 0) (i 1, 2, , n ) ( j 1, 2, , n ) (i, j 1, 2, , n )
指派模型与匈牙利方法
指派问题的来源
将不同的任务分派给若干人去完成，由于 任务有难易，人员素质有高低，因此各人 去完成不同的任务的效率就有差异。我们 的问题是：应分派何人去完成哪种任务使 得总效率最高（或所花费的时间最少，或 所需的费用最低）？这一类问题称为指派 问题或分配问题。
指派问题的一般提法
用最佳方法按照一对一的原则把“任务” 指派给“人”。具体地就是： 设有n个人A1，A2，…，An，被分派 去完成n项工作B1，B2，…，Bn，要求每 项工作需且仅需一个人去完成，每个人需 完成且仅需完成一项工作。已知Ai完成Bj工 作的效率（如工时、成本或价值等）为cij。 问应如何指派，才能使总的工作效率最好？
匈牙利算法的主要步骤为： 第一步：变换指派问题的效率矩阵C，使在各行各列都出现 零元素，得到新的效率矩阵B = (bij)nn。 (1) 从系数矩阵的每行元素减去该行的最小元素； (2) 再从所得系数矩阵的每列减去该列的最小元素。 第二步：进行试指派。 (1) 检查B的每行、每列，从中找出“0”元素最少的一排（行 或 列）。从这排中圈出一个“0”元素（如果该排存在多个“0” 元 素，则任圈一个），用“”表示，然后划去“”所在的 行和列。 在剩下的子矩阵中重复上述过程，直至剩下的子矩阵中没有 “0”元素为止，得到的矩阵记为D。将D中“”所在的位置 赋值 “1”，其余位置赋值“0”，得到0—1矩阵E；
i 1 j 1 n
n
n
所以使 min
(M C ) X
i 1 j Hale Waihona Puke 1 ij nnij
的最优解就是使 max
C
i 1 j 1 n n i 1 j 1
n
ij
X ij 的最优解。因此，
max Z Cij X ij nM min ( M Cij ) X ij 。
s.t.
X
j 1 n
n
ij
1 1
X
i 1
ij
X ij {0, 1}
由cij组成的方阵C = (cij)nn称为效率矩阵。只要效 率矩阵C给定，指派问题也就相应确定。
模型求解—匈牙利法
一个重要的性质： C任一行（列）各元素加（减）一个 常数得到的新矩阵的指派问题的最优解与 C的指派问题的最优解是相同的。