An improved approximation algorithm for the <inline-formula><tex-math id="M1">$ k $</tex-math></inline-formula>-prize-collecting minimum power cover problem

组合数学 数学 封面(代数) 半径 整数(计算机科学) 近似算法 功能(生物学) 设置覆盖问题 算法 集合(抽象数据类型) 离散数学 计算机科学 生物 机械工程 进化生物学 工程类 计算机安全 程序设计语言
作者
Wencheng Wang,Binhui Cheng,Jianglin Li,Yinhua Chen,Tongquan Zhang
出处
期刊:Journal of Industrial and Management Optimization [American Institute of Mathematical Sciences]
卷期号:20 (4): 1703-1718
标识
DOI:10.3934/jimo.2023140
摘要

In this paper, we consider the $ k $-prize-collecting minimum power cover problem ($ k $-PCPC), which is defined as follows. Given a set $ X = \{x_1, x_2, $ $ \cdots, x_n\} $ of $ n $ points and a set $ S = \{s_1, s_2, \cdots, s_m\} $ of $ m $ sensors on the plane $ \mathbb{R}^2 $, an integer $ k $ satisfying $ 0 \leq k \leq n $ and a penalty function $ \pi: X \rightarrow \mathbb{R}_0^{+} $, each sensor $ s\in S $ can adjust its power $ p(s) $ and the covering range, which is a disk of radius $ r(s) $ satisfying $ p(s) = c\cdot r(s)^\alpha $, where $ \alpha\geq 1 $ and $ c>0 $ are constants. We are asked to determine a set of disks $ \mathcal{F} $ such that at least $ k $ points are covered, where the center of any disk in $ \mathcal{F} $ is a sensor. The objective is to minimize the total power of the set of disks $ \mathcal{F} $ plus the penalty of $ R $, where $ R $ is the set of points that are not covered by $ \mathcal{F} $. It has been proven that this problem is NP-hard and admits a $ 3^\alpha $-approximation algorithm. By using some properties of relaxed independent sets and combining the guessing technique and the primal-dual method, we design an $ O(\alpha) $-approximation algorithm. Numerical experiments are tested to evaluate the performance of the $ 3^\alpha $-approximation algorithm and our new algorithm.

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