For a given polygonal region $P$, the Lawn Mowing Problem (LMP) asks for a shortest tour $T$ that gets within Euclidean distance 1 of every point in $P$; this is equivalent to computing a shortest tour for a unit-disk cutter $C$ that covers all of $P$. As a geometric optimization problem of natural practical and theoretical importance, the LMP generalizes and combines several notoriously difficult problems, including minimum covering by disks, the Traveling Salesman Problem with neighborhoods (TSPN), and the Art Gallery Problem (AGP). In this paper, we conduct the first study of the Lawn Mowing Problem with a focus on practical computation of near-optimal solutions. We provide new theoretical insights: Optimal solutions are polygonal paths with a bounded number of vertices, allowing a restriction to straight-line solutions; on the other hand, there can be relatively simple instances for which optimal solutions require a large class of irrational coordinates. On the practical side, we present a primal-dual approach with provable convergence properties based on solving a special case of the TSPN restricted to witness sets. In each iteration, this establishes both a valid solution and a valid lower bound, and thereby a bound on the remaining optimality gap. As we demonstrate in an extensive computational study, this allows us to achieve provably optimal and near-optimal solutions for a large spectrum of benchmark instances with up to 2000 vertices.


翻译:对于某个特定的多边形区域 $P 美元,草坪Mowing 问题(LMP) 要求使用最短的游览 $T$,在欧几里德距离1的距离以美元计每点1美元范围内;这相当于计算一个最短的游览,用于一个覆盖全部美元美元的单位磁盘切割器 $C 美元。作为自然实际和理论重要性的几何优化问题,LMP 概括和合并了几个臭名昭著的困难问题,包括磁盘覆盖的最小覆盖、邻里旅行销售商问题(TSPN)和艺术画廊问题(AGP) 。在本文中,我们对草坪移动问题进行第一次研究,重点是实际计算近最佳解决方案。我们提供了新的理论见解:最佳解决方案是多边际路径,有一定数量的脊椎,可以限制直线解决方案;另一方面,可能比较简单的例子,我们的最佳解决方案需要大量不合理的协调。在实际的方面,我们提出一种初步的、可实现最接近趋同的趋同性的方法,在最接近的最接近的轨上,在最接近最佳的模型上,我们可以证明最佳的、最接近最佳的、最接近最佳的、最接近最佳的、最接近最佳的两边的计算。

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