2-Opt is probably the most basic local search heuristic for the TSP. This heuristic achieves amazingly good results on real world Euclidean instances both with respect to running time and approximation ratio. There are numerous experimental studies on the performance of 2-Opt. However, the theoretical knowledge about this heuristic is still very limited. Not even its worst case running time on 2-dimensional Euclidean instances was known so far. We clarify this issue by presenting, for every $p\in\mathbb{N}$, a family of $L_p$ instances on which 2-Opt can take an exponential number of steps. Previous probabilistic analyses were restricted to instances in which $n$ points are placed uniformly at random in the unit square $[0,1]^2$. We consider a more advanced model in which the points can be placed independently according to general distributions on $[0,1]^d$, for an arbitrary $d\ge 2$. In particular, we allow different distributions for different points. We study the expected number of local improvements in terms of the number $n$ of points and the maximal density $\phi$ of the probability distributions. We show an upper bound on the expected length of any 2-Opt improvement path of $\tilde{O}(n^{4+1/3}\cdot\phi^{8/3})$. When starting with an initial tour computed by an insertion heuristic, the upper bound on the expected number of steps improves even to $\tilde{O}(n^{4+1/3-1/d}\cdot\phi^{8/3})$. If the distances are measured according to the Manhattan metric, then the expected number of steps is bounded by $\tilde{O}(n^{4-1/d}\cdot\phi)$. In addition, we prove an upper bound of $O(\sqrt[d]{\phi})$ on the expected approximation factor with respect to all $L_p$ metrics. Let us remark that our probabilistic analysis covers as special cases the uniform input model with $\phi=1$ and a smoothed analysis with Gaussian perturbations of standard deviation $\sigma$ with $\phi\sim1/\sigma^d$.


翻译:2- Opt 可能是 TSP 最基础的本地搜索时间 。 这种超常性在运行时间和近似比率方面都取得了惊人的好结果 。 对 2- Opt 的性能进行了很多实验性研究 。 但是, 有关这种超常性的理论知识仍然非常有限 。 即使是它最差的2维的 Euclide 事件运行时间也是迄今已知的 。 我们通过展示每1美元( 美元) 的性能( 美元) 来澄清这个问题 。 以2美元 的速性能来显示 $_ pity1 的性能 。 先前的概率分析仅限于在单位正方形 $0, 1, 1, 1, 1美元 美元 美元。 我们通过直观的速数来显示 美元 的预期值 。

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