Редактирование: 1ripippmtnsumwu

<tex dpi=200> 1 \mid r_i,p_i=p, pmtn \mid \sum w_i U_i</tex>

Необходимо найти выполнимое множество работ <tex>O</tex> такое, что его суммарный вес <tex>\sum \limits_{i \in O} w_i</tex> максимален. Эта проблема решается с помощью [[Динамическое программирование | динамического программирования]].

=== Алгоритм построения расписания ===

Пусть у нас есть множества работ <tex>O</tex>, для которых надо составить расписание. Возможны два случая:

# Если машина освободилась, то вставляем в расписание работу <tex>J_i</tex> с наименьшим <tex>d_i</tex>.

# Если машина занята работой <tex>J_k</tex> и в момент времени <tex>r_i</tex> появилась работа <tex>J_i</tex>, тогда если <tex>d_i < d_k</tex>, то прервем <tex>J_k</tex> и поставим на выполнение <tex>J_i</tex>. В противном случае просто продолжим выполнение <tex>J_i</tex>.

Можно заметить что, если работа была вставлена в расписание после своего дедлайна, то данное множество работ <tex>O</tex> не является выполнимым. Таким образом, решение задачи сводится к нахождению такого множества работ <tex>O</tex>, которое будет выполнимым, если построить его по данному алгоритму, и чей вес будет максимален.

|statement=Пусть <tex>\Theta=\{t \mid t = r_i + l \cdot p \wedge i = 1, \dots, n \wedge l = 0, \dots, n - 1\}</tex>. Тогда <tex>\forall J_i \in O</tex> время начала <tex>s_i</tex> и время окончания <tex>e_i</tex> этой работы в расписании будет принадлежать <tex>\Theta</tex>.

Сначала докажем лемму для <tex>e_i</tex>. Пусть <tex>t</tex> <tex>-</tex> минимальная временная точка такая, что между <tex>t</tex> и <tex>s_i</tex> станок не простаивает. По структуре расписания <tex>t = r_x</tex>. Работы, которые выполняются между <tex>s_i</tex> и <tex>e_i</tex>, не могут выполняться ни до <tex>s_i</tex>, ни после <tex>e_i</tex>, даже частично. Это следует из структуры алгоритма построения расписания <tex>-</tex> если работа <tex>J_u</tex> была прервана работой <tex>J_v</tex>, то после выполнения <tex>J_v</tex> мы снова вставляем в расписание <tex>J_u</tex>. Таким образом, <tex>e_i - s_i</tex> делится на <tex>p</tex>. Возможны следующие два случая:

В любом из этих двух случаев есть такое <tex>r_y = r_x \vee r_i</tex>, такое что станок не простаивает между <tex>r_y</tex> и <tex>e_i</tex>. Тогда <tex>e_i - r_y</tex> делится на <tex>p</tex>. Следовательно, <tex>e_i - r_y</tex> не превышает <tex>n \cdot p</tex>, так как станок не простаивает. Поэтому <tex>e_i \in \Theta</tex>.

Теперь докажем принадлежность <tex>s_i</tex> к <tex>\Theta</tex>. По структуре расписания <tex>s_i</tex> <tex>-</tex> это либо окончание предыдущей работы <tex>e_u</tex>, либо <tex>r_i</tex>. Таким образом, легко понять, что <tex>s_i \in \Theta</tex>.

Для любых <tex>t_u, t_v \in \Theta, u \leqslant v</tex> и для любого <tex>k \in [1, n]</tex> положим <tex>U_k(t_u, t_v) = \{J_i \mid i < k \wedge t_u <= r_i < t_v\}</tex> <tex>-</tex> множество работ, индекс которых меньше <tex>k</tex> и чьи <tex>r_i</tex> лежать в интервале <tex>[t_u, t_v).</tex> Также определим <tex>W_k(t_u, t_v, m)</tex> как максимальный вес множества работ <tex>Z \subset U_k(t_u, t_v), |Z| = m</tex> такой, что <tex>m \in (1, \dots ,n)</tex> и расписание от <tex>Z</tex> разрешимо и заканчивается до <tex>t_v</tex>. Если такое <tex>Z</tex> существует, будем говорить, что <tex>Z</tex> реализует <tex>W_k(t_u, t_v, m)</tex>. Если же такого <tex>Z</tex> нет, то <tex>W_k(t_u, t_v, m) = - \infty.</tex>

 

<tex>\forall t_u, t_v \in \Theta, u \leqslant v, \forall k \in (1, \dots ,n), \forall m \in (1, \dots ,n):</tex>

Если <tex>r_k \notin [t_u, t_v)</tex>, то работа <tex>J_k</tex> не может быть поставлена ни в какой <tex>Z</tex> такой, что расписание от <tex>Z</tex> разрешимо и <tex>Z \subset U_k(t_u, t_v)</tex>. Тогда, очевидно, что <tex>W_k(t_u, t_v, m) = W_{k-1}(t_u, t_v, m).</tex>

*:# <tex> \max(r_k, t_u) \leqslant t_x < t_y \leqslant \min(d_k, t_v)</tex>

*:# <tex> m_1 + m_2 + m_3 = m - 1</tex>

*:# <tex> p \cdot (m_2 + 1) = t_y - t_x</tex>

*: Очевидно, что <tex>U_{k-1}(t_u, t_x), U_{k-1}(t_x, t_y)</tex> и <tex>U_{k-1}(t_y, t_v)</tex> не пересекаются. Следовательно, расписания подмножеств, которые реализуют <tex>W_{k-1}(t_u, t_x, m_1), W_{k-1}(t_x, t_y, m_2)</tex> и <tex>W_{k-1}(t_y, t_v, m_3)</tex>, поставленные друг за другом дадут правильное расписание для <tex>m-1</tex> работ взятых из <tex>U_{k-1}(t_u, t_v)</tex>. Более того, у нас достаточно места чтобы вставить работу <tex>J_k</tex> в промежуток между <tex>t_x</tex> и <tex>t_y</tex>. Это возможно, так как <tex>p \cdot (m_2 + 1) = t_y - t_x</tex> и ровно <tex>m_2</tex> работ распределено для <tex>U_{k-1}(t_x, t_y)</tex>. Таким образом <tex>W'_k \leqslant W_k(t_u, t_v, m)</tex>.

*:Положим <tex>t_x</tex> и <tex>t_y</tex> временем начала выполнения и завершения работы <tex>J_k</tex> в расписании от <tex>Z</tex>. Благодаря предыдущей лемме, мы знаем, что <tex>t_x, t_y \in \Theta</tex>. Также выполняется условие <tex> \max(r_k, t_u) \leqslant t_x < t_y \leqslant \min(d_k, t_v).</tex> Пусть <tex>Z_1, Z_2, Z_3</tex> будут подмножествами <tex>Z/J_k</tex> такими, что все работы в <tex>Z_1, Z_2</tex> и <tex>Z_3</tex> имеют время появления <tex>r_i</tex> в границах <tex>[t_u,t_x)</tex>, <tex>[t_x, t_y)</tex> и <tex>[t_y,t_v)</tex> соответственно. По структуре расписания(работа <tex>J_k</tex> имеет максимальный дедлайн <tex>d_k</tex>) все работы в <tex>Z_1</tex> завершаться до <tex>t_x</tex>. Более того, все работы в <tex>Z_2</tex> начнут выполняться после <tex>t_x</tex> и завершаться до <tex>t_y</tex>, аналогично для <tex>Z_3</tex>. Также <tex>p \cdot (|Z_2| + 1) = t_y - t_x,</tex> так как <tex>J_k</tex> выполнялась в промежутке <tex>[t_x, t_y).</tex> При этом, <tex>|Z_1| + |Z_2| + |Z_3| = m - 1.</tex> Можно заметить, что вес <tex>Z_1</tex> не превосходит <tex>W_{k-1}(t_u, t_x, |Z_1|)</tex>, вес <tex>Z_2</tex> не превосходит <tex> W_{k-2}(t_x, t_y, |Z_2|)</tex> и вес <tex>Z_3</tex> не превосходит <tex> W_{k-1}(t_y, t_v, |Z_3|).</tex> Следовательно, <tex>W_k(t_u, t_v, m) = w_k + \sum\limits_{i = 1}^3weight(Z_i) \leqslant W'_k \leqslant \max(W_{k-1}(t_u, t_v, m), W'_k)</tex>, где <tex>weight(Z)</tex> <tex>-</tex> суммарный вес всех работ множества <tex>Z.</tex>

Исходя из двух неравенств доказанных выше, можно получить требуемое равенство <tex>W_k(t_u, t_v, m) = \max(W_{k-1}(t_u, t_v, m), W'_k).</tex>

=== Псевдокод ===

 

* [[1pi1sumwu | <tex> 1 \mid r_i,p_i = 1 \mid \sum w_i U_i</tex>]]

* [[1ripipsumwu | <tex> 1 \mid r_i,p_i=p \mid \sum w_i U_i</tex>]]

*[http://www.lix.polytechnique.fr/~baptiste/jsched98.pdf Philippe Baptiste <tex>-</tex> Polynomial Time Algorithms for Minimizing the Weighted Number of Late Jobs on a Single Machine with Equal Processing Times]

[[Категория: Алгоритмы и структуры данных]]