当前位置: 首页 > news >正文

基于MATLAB的匈牙利算法实现任务分配

一、算法原理与核心步骤

匈牙利算法通过矩阵变换寻找最优分配方案,其核心步骤包括:

  1. 行约减:每行减去最小值,确保每行至少一个零
  2. 列约减:每列减去最小值,确保每列至少一个零
  3. 覆盖零:用最少的线覆盖所有零元素
  4. 调整矩阵:未覆盖元素减最小值,交点加最小值
  5. 重复迭代:直到找到完美匹配

数学建模示例:

成本矩阵 C = [[4, 2, 8],[6, 5, 7],[3, 9, 1]]

最优分配为总成本 3+5+1=9


二、MATLAB实现方案
1. 使用内置函数(推荐)
% 示例成本矩阵(任务数=代理数)
cost_matrix = [4, 2, 8; 6, 5, 7; 3, 9, 1];% 执行匈牙利算法
[assignment, total_cost] = hungarian(cost_matrix);% 输出结果
disp('最优分配方案:');
disp(assignment');  % 转置显示为任务→代理
disp(['最小总成本:', num2str(total_cost)]);
2. 手动实现算法
function [assignment, cost] = hungarian_manual(cost_matrix)n = size(cost_matrix, 1);cost_matrix = double(cost_matrix);% 步骤1:行约减row_min = min(cost_matrix, [], 2);cost_matrix = cost_matrix - row_min;% 步骤2:列约减col_min = min(cost_matrix, [], 1);cost_matrix = cost_matrix - col_min;% 步骤3:覆盖所有零while true[row_cover, col_cover] = find_cover(cost_matrix);if sum(row_cover) + sum(col_cover) == nbreak;end% 步骤4:调整矩阵[min_uncovered, pos] = find_min_uncovered(cost_matrix, row_cover, col_cover);cost_matrix(~row_cover, :) = cost_matrix(~row_cover,:) - min_uncovered;cost_matrix(:, col_cover) = cost_matrix(:, col_cover) + min_uncovered;end% 步骤5:提取匹配结果assignment = zeros(n,1);for i = 1:n[~, assignment(i)] = max(cost_matrix(i,:));endcost = sum(diag(cost_matrix));
end% 辅助函数实现
function [row_cover, col_cover] = find_cover(matrix)[n, m] = size(matrix);row_cover = false(n,1);col_cover = false(m,1);for i = 1:nfor j = 1:mif matrix(i,j) == 0 && ~row_cover(i) && ~col_cover(j)row_cover(i) = true;col_cover(j) = true;endendend
endfunction [min_val, pos] = find_min_uncovered(matrix, row_cover, col_cover)[n, m] = size(matrix);min_val = inf;pos = [0,0];for i = 1:nfor j = 1:mif ~row_cover(i) && ~col_cover(j)if matrix(i,j) < min_valmin_val = matrix(i,j);pos = [i,j];endendendend
end

三、应用案例解析
案例1:仓储机器人任务分配
% 机器人数量与任务数量
n = 5;
cost_matrix = randi([10, 100], n, n);  % 随机生成成本矩阵% 添加虚拟节点处理非方阵(可选)
if size(cost_matrix,1) ~= size(cost_matrix,2)cost_matrix = [cost_matrix, inf(size(cost_matrix,1),1)];cost_matrix = [cost_matrix; inf(1,size(cost_matrix,2))];
end% 执行算法
[assignment, total_cost] = hungarian(cost_matrix(1:n,1:n));% 可视化结果
figure;
bar(assignment);
title('任务分配结果');
xlabel('机器人编号');
ylabel('分配任务编号');
案例2:动态任务分配(实时更新)
% 初始化参数
n_agents = 4;
n_tasks = 4;
cost_matrix = [3,5,7,2; 6,4,9,8; 2,3,5,4; 7,6,8,1];% 动态更新函数
function new_assignment = dynamic_update(old_assignment, cost_matrix)[~, new_assignment] = hungarian(cost_matrix);
end% 模拟动态变化
for iter = 1:5cost_matrix = cost_matrix + randn(size(cost_matrix))*2;  % 添加噪声new_assignment = dynamic_update(assignment, cost_matrix);assignment = new_assignment;disp(['迭代', num2str(iter), '总成本:', num2str(sum(diag(cost_matrix(assignment,1:n_agents))))]);
end

四、性能优化策略
  1. 稀疏矩阵处理

    对大规模稀疏矩阵使用压缩存储格式:

    sparse_matrix = sparse(cost_matrix);
    [assignment, cost] = hungarian(sparse_matrix);
    
  2. 并行计算加速

    options = optimoptions('hungarian','Display','iter','UseParallel',true);
    [assignment, cost] = hungarian(cost_matrix, options);
    
  3. GPU加速

    gpu_matrix = gpuArray(cost_matrix);
    [assignment, cost] = hungarian(gpu_matrix);
    

五、结果分析与验证
  1. 最优性验证

    通过对比暴力搜索结果验证最优性:

    brute_force_cost = min(sum(pdist2(cost_matrix, 'minkowski')));
    assert(total_cost <= brute_force_cost*1.01);  % 允许1%误差
    
  2. 可视化工具

    % 绘制成本矩阵热力图
    heatmap(cost_matrix);
    hold on;
    plot(find(assignment==1),1,'r*');
    plot(find(assignment==2),2,'g*');
    

六、工程应用扩展
  1. 多代理系统

    % 多机器人协同任务分配
    num_agents = 10;
    num_tasks = 15;
    cost_matrix = rand(num_agents,num_tasks)*100;
    [assignment, cost] = hungarian(cost_matrix);
    
  2. 医疗资源调度

    % 医院-患者匹配
    hospitals = 5;
    patients = 7;
    cost_matrix = rand(hospitals,patients)*100;
    [assignment, cost] = hungarian(cost_matrix);
    
  3. 工业生产线优化

    % 机器-工序匹配
    machines = 6;
    processes = 6;
    cost_matrix = rand(machines,processes)*50;
    [assignment, cost] = hungarian(cost_matrix);
    
九、参考
  1. 核心文献 《运筹学》(清华大学出版社)第6章 《Combinatorial Optimization》 by Papadimitriou
  2. 代码 匈牙利算法实现任务分配 www.youwenfan.com/contentcsi/63742.html
  3. MATLAB工具箱 Global Optimization Toolbox Robotics System Toolbox
http://www.dtcms.com/a/478515.html

相关文章:

  • Type-C 接口充电兼容设计(针对 5V1A 需求)
  • Anaconda 学习手册记录
  • Python-适用于硬件测试的小工具
  • 第三方软件测评机构:【Locust的性能测试和负载测试】
  • 【Python】列表 元组 字典 文件
  • 简单asp网站深圳做个商城网站设计
  • OpenTelemetry 入门
  • 昆山做网站找哪家好wordpress 算数验证码
  • 网站建设服务费入阿里云域名注册平台
  • 美颜的灵魂:磨皮技术的演进与实现原理详解
  • 自定义半精度浮点数modelsim仿真显示
  • 广东GEO优化哪家专业哪家服务好
  • 【C#】await Task.Delay(100)与Thread.Sleep(100)?
  • 从智能补全到云原生适配:免费IDE DataGrip的技术实践与行业趋势
  • 多摄像头网络压力测试
  • 信息发布网站设计巴中网站建设有限公司
  • 图像处理-opencv(一)
  • 空包网站分站怎么做重庆市工程建筑造价信息网
  • 基于MATLAB的Excel文件批量读取与循环处理
  • 网站建设方案拓扑图平面设计现在怎么样
  • 高并发下的优雅延迟:Python异步爬虫(aiohttp)的速率限制实践
  • Python爬虫实战:获取同花顺股票资金流向数据并做分析
  • MyBatis的SpringBootVFS解析
  • 上海网站建设好处自建网站教程
  • 网站建设的作用是什么网站建设沟通准备
  • 【中间件Linux在环境安装】SpringBoot应用环境安装(一)-JDK安装
  • 【Linux环境下安装】SpringBoot应用环境安装(二)-Redis安装
  • 如何设置 Visual Studio 在调试停止时自动关闭控制台
  • 网站建设佰首选金手指三十wordpress 切换中文字体
  • 网站搭建服务器需要多少钱厦门网站建设u