C++,用回溯法设计一个算法求解简单装载问题,设有一批集装箱要装上一艘载重量为 W 的轮船,其中编号为 i(0≤i≤n-1)的集装箱的重量为 wi。现要从 n 个集装箱 中选出若干装上轮船,使它们的重量之和正好为 W。如果找到任一种解返回 true, 否则返回 false。(问题设定:箱子的数量 n=5,箱子重量分别为:2,9,5,6,3;)利用 回溯法求解装载问题框架求解。
时间: 2024-03-15 21:46:47 浏览: 147
回溯算法 用来设计货箱装船、背包、最大完备子图、旅行商和电路板排列问题的求解算法。
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好的,下面是使用回溯法求解简单装载问题的 C++ 代码框架:
```cpp
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
// 装载问题的解空间树节点
struct Node {
int level; // 当前节点所在的层数(即已经选择的箱子数量)
int weight; // 当前已选择的箱子的重量之和
vector<int> choices; // 当前已选择的箱子的编号列表
};
// 判断当前节点是否可行
bool isPromising(Node node, int n, int W, int *w) {
// 如果当前已选择的箱子的重量之和已经超过了载重量 W,则不可行
if (node.weight > W) {
return false;
}
// 如果当前已选择的箱子的重量之和加上剩余的所有箱子的最大重量仍小于 W,则不可行
int remainingWeight = 0;
for (int i = node.level; i < n; i++) {
remainingWeight += w[i];
}
if (node.weight + remainingWeight < W) {
return false;
}
// 否则可行
return true;
}
// 回溯法求解装载问题
bool solve(int n, int W, int *w) {
// 初始化根节点
Node root = {0, 0, vector<int>()};
// 初始化候选箱子列表
vector<int> candidates;
for (int i = 0; i < n; i++) {
candidates.push_back(i);
}
// 初始化待扩展节点列表
vector<Node> nodesToExpand;
nodesToExpand.push_back(root);
// 依次处理每个待扩展节点
while (!nodesToExpand.empty()) {
// 取出待扩展节点列表中的第一个节点
Node node = nodesToExpand.front();
nodesToExpand.erase(nodesToExpand.begin());
// 如果当前节点已经选择了 n 个箱子,则输出解并返回 true
if (node.level == n) {
cout << "找到一个可行解:";
for (int i = 0; i < node.choices.size(); i++) {
cout << node.choices[i] << " ";
}
cout << endl;
return true;
}
// 如果当前节点不可行,则跳过并继续处理下一个待扩展节点
if (!isPromising(node, n, W, w)) {
continue;
}
// 依次处理候选箱子列表中的每个箱子
for (int i = 0; i < candidates.size(); i++) {
int j = candidates[i];
// 构造新节点
Node newNode = {node.level + 1, node.weight + w[j], node.choices};
newNode.choices.push_back(j);
// 将新节点加入待扩展节点列表
nodesToExpand.push_back(newNode);
}
}
// 如果遍历完整个解空间仍未找到可行解,则返回 false
return false;
}
int main() {
int n = 5;
int W = 12;
int w[] = {2, 9, 5, 6, 3};
bool result = solve(n, W, w);
if (!result) {
cout << "未找到可行解" << endl;
}
return 0;
}
```
上面的代码中,`Node` 结构体表示装载问题的解空间树节点,其中 `level` 表示当前节点所在的层数(即已经选择的箱子数量),`weight` 表示当前已选择的箱子的重量之和,`choices` 表示当前已选择的箱子的编号列表。
`isPromising` 函数用于判断当前节点是否可行。首先判断如果当前已选择的箱子的重量之和已经超过了载重量 `W`,则当前节点不可行。其次,如果当前已选择的箱子的重量之和加上剩余的所有箱子的最大重量仍小于 `W`,则当前节点不可行。否则当前节点可行。
`solve` 函数是回溯法求解装载问题的核心函数。首先初始化根节点和候选箱子列表,然后初始化待扩展节点列表为根节点。接着,从待扩展节点列表中依次取出待扩展节点,判断是否为可行解,如果是,则输出解并返回 true;否则,将待扩展节点的所有子节点加入待扩展节点列表中。如果遍历完整个解空间仍未找到可行解,则返回 false。
最后,我们在 `main` 函数中调用 `solve` 函数求解装载问题。如果找到了可行解,则输出解;否则输出未找到可行解。
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