مسئله پوشش بیشینه
مسئله پوشش بیشینه (به انگلیسی: maximum coverage problem)، یک سؤال کلاسیک در علوم رایانه و نظریه پیچیدگی محاسباتی است. این مسئله به طور گسترده در الگوریتم‌های تقریبی آموزش داده می‌شود. برای ورودی تعدادی مجموعه و یک عدد formula_1 داده می‌شود. مجموعه‌ها می‌توانند عضو مشترک داشته باشند. شما باید به تعداد حداکثر formula_1 تا از این مجموعه‌ها را انتخاب کنید به طوری که حداکثر تعداد اعضا پوشش داده شود؛ برای مثال اجتماع مجموعه‌های انتخاب شده، بیشینه تعداد اعضا را دارد. به عبارت دیگر، پوشش بیشینه (بدون وزن) نمونه: عدد formula_1 و مجموعه‌ای از مجموعه‌ها formula_4. هدف: یافتن یک زیرمجموعهٔ formula_5 ، به طوری که formula_6 و تعداد اعضای پوشانده شده formula_7 حداکثر باشد. مسئله پوشش بیشینه یک ان‌پی سخت (به انگلیسی: NP-hard) و نمی‌تواند تحت مفروضات استاندارد با formula_8 تقریب زده شود. این نتیجه در اصل با نسبت تقریبی الگوریتم حریصانه عمومی که برای بیشینه‌سازی توابع زیرپیمان‌های با محدودیت کاردینالیتی (به انگلیسی: maximization of submodular functions with a cardinality constraint) به کار می‌رود، مطابقت دارد.
مسئله پوشش بیشینه می‌تواند به شکل زیر در قالب برنامه‌ریزی خطی عدد صحیح (به انگلیسی: Integer Linear Program) فرمول‌بندی شود.
الگوریتم حریصانه برای پوشش بیشینه، مجموعه‌ها را بر اساس یک قاعده انتخاب می‌کند: در هر مرحله، مجموعه‌ای را انتخاب کن که شامل بیشترین تعداد اعضای پوشش داده نشده باشد. می‌توان نشان داد که این الگوریتم به نسبت تقریب formula_20 می‌رسد. نتایج نشان می‌دهد که الگوریتم حریصانه، بهترین الگوریتم تقریب زمانی چند جمله‌ای ممکن برای پوشش بیشینه است.
نتایج غیرتقریبی به همهٔ تعمیم‌های مسئله پوشش بیشینه اعمال می‌شود زیرا آنها مسئله پوشش بیشینه را به عنوان یک حالت خاص دارند.
در مدل وزن دار هر عضو formula_21 وزنی برابر formula_22 دارد. هدف یافتن یک پوشش بیشینه است به طوری که بیشترین وزن را داشته باشد. حالت پایه، حالت خاصی است که همه وزن‌ها برابر formula_23 است. الگوریتم حریصانه برای پوشش بیشینه وزندار در هر مرحله مجموعه‌ای را انتخاب می‌کند که دارای بیشترین وزن اعضای پوشش داده نشده باشد. این الگوریتم به نسبت تقریب formula_20 می‌رسد.
در حالت پوشش بیشینه بودجه‌ای (به انگلیسی: Budgeted maximum coverage)، نه تنها هر عضو formula_21 وزنی برابر formula_22 دارد، بلکه هر مجموعه formula_19 قیمتی برابر formula_40 دارد. به جای formula_1 که تعداد مجموعه‌ها در پوشش را محدود می‌کند، بودجهٔ formula_42 داده می‌شود. بودجهی formula_42 وزن پوششی که می‌تواند انتخاب شود را محدود می‌کند. الگوریتم حریصانه دیگر راه حل‌هایی با تضمین کارایی ارائه نخواهد کرد. یعنی ممکن است رفتار این الگوریتم در بدترین حالت با راه حل بهینه بسیار متفاوت باشد. الگوریتم تقریب به روش زیر بدست می‌آید. ابتدا، پس از یافتن راه حلی که از الگوریتم حریصانه استفاده می‌کند، راه حل بهتر الگوریتم حریصانه و مجموعه با بیشترین وزن را بازمی‌گردانیم. این روش را، الگوریتم حریصانه اصلاح شده می‌نامیم. در مرحله دوم، با شروع از همهٔ خانواده‌های ممکن مجموعه‌های اندازه‌ها از یک تا (حداقل) سه، این راه حل‌ها را با الگوریتم حریصانه اصلاح شده تقویت می‌کنیم. در مرحله سوم، بهترین راه حل تقویت شده را بازمی‌گردانیم. این الگوریتم به نسبت تقریب formula_55 می‌رسد. این بهترین نسبت تقریب ممکن است مگر formula_56.
در تعمیم یافتهٔ پوشش بیشینه هر مجموعهٔ formula_19 قیمت formula_40 دارد، عضو formula_21 دارای وزنی متفاوت و هزینه‌ای بسته به مجموعه‌ای که آن را پوشش می‌دهد، دارد. یعنی اگر formula_21 توسط مجموعهٔ formula_19 پوشش داده شده باشد، وزن formula_21 برابر formula_63 و هزینهٔ آن برابر formula_64 خواهد بود. بودجه formula_65 برای هزینهٔ کل راه حل داده شده است.
این الگوریتم از مفهوم باقیماندهٔ وزن/هزینه استفاده می‌کند. باقیماندهٔ وزن/هزینه در مقابل یک راه حل آزمایشی اندازه‌گیری می‌شود و این تفاوت بین وزن/هزینه و وزن/هزینه بدست آمده با یک راه حل آزمایشی است. این الگوریتم چندین مرحله دارد. اول، یافتن راه حلی که از الگوریتم حریصانه استفاده می‌کند. در هر تکرار الگوریتم حریصانه، راه حل آزمایشی مجموعه‌ای را که شامل بیشترین مقدار وزن اعضای باقیمانده تقسیم بر هزینهٔ این اعضا همراه با هزینه اعضای باقیمانده دارد، اضافه می‌کند. دوم، مقایسهٔ راه حل بدست آمده در قدم اول با راه حل بهینه که از تعداد کمی از مجموعه‌ها استفاده می‌کند. سوم، بازگرداندن بهترین راه حل از بین راه حل‌های بررسی شده. این الگوریتم به نسبت تقریب formula_81 می‌رسد.