基于CUDA的图顶点着色问题的并行遗传算法研究

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图着色问题是一个经典的组合优化问题,许多来源于生活的实际问题都可以转化为求解图着色问题。因此,图着色问题的求解,对科学技术和工程设计等领域都具有重要作用。然而,没有任何算法可以在多项式时间内求解出该问题的最优解,所以,图着色问题是一个典型的NP完全问题。近年来,国内外的许多学者提出各种求解图着色问题的算法,如隐式枚举算法、割平面算法等,这类精确算法当问题规模较小的时候效果较好,但是一旦问题规模变大,无法避免指数爆炸问题。除了精确算法,遗传算法、蚁群算法等也被用于求解图着色问题。然而,由于图着色问题具有指数级的解空间规模,无论是精确算法还是近似算法,都需要花费大量的时间进行计算,无法在让人满意的时间内求解出问题的解。如今基于CUDA的高性能并行计算技术成为研究热点。本文将CUDA和遗传算法相结合,提出一种基于CUDA求解图着色问题的并行遗传算法,算法采用颜色序列对问题进行编码,设计出并行的种群初始化、选择算子、交叉算子和变异算子,极大地提高了算法的效率。实验结果表明,和传统基于CPU的各类算法相比,本文提出的算法可以较大地减少计算时间,找到已知图例的最小着色数,可以有效求解更大规模的实例。
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