给定6个物品,重量分别为(5, 3, 2, 10, 4, 2),价值分别为(11, 8, 15, 18, 12, 6),背包容量为20,应用分支限界法编程求解0/1背包问题。
时间: 2023-10-09 10:07:39 浏览: 178
0-1背包问题_.java给定背包的容量c,物品数量n、物品重量的集合w[n]和物品价值的集合
5星 · 资源好评率100%
好的,我来帮您解决这个问题。
首先,我们可以将物品按照单位重量的价值从大到小排序,得到如下的序列:
```
(2, 6), (10, 18), (2, 12), (4, 6), (3, 8), (5, 11)
```
接下来,我们可以定义一个节点来表示当前的决策状态。每个节点包含以下几个信息:
- 当前已经选择的物品序列
- 当前已经选择的物品的总重量
- 当前已经选择的物品的总价值
- 剩余物品的集合
我们可以定义一个优先队列,按照剩余物品的价值上限作为节点的优先级,将节点插入优先队列中。每次从队列中取出优先级最高的节点进行扩展,直到队列为空或者找到最优解为止。
下面是使用 Python 编写的分支限界法求解 0/1 背包问题的代码实现:
```python
import heapq
# 定义节点类
class Node:
def __init__(self, items, weight, value, left_items, upper_bound):
self.items = items
self.weight = weight
self.value = value
self.left_items = left_items
self.upper_bound = upper_bound
# 定义节点之间的比较方法,用于优先队列排序
def __lt__(self, other):
return self.upper_bound > other.upper_bound
# 定义分支限界法函数
def branch_and_bound(capacity, weights, values):
n = len(weights)
items = [(weights[i], values[i]) for i in range(n)]
items.sort(key=lambda x: x[1] / x[0], reverse=True) # 按单位重量价值从大到小排序
# 初始化根节点
root_node = Node([], 0, 0, set(range(n)), 0)
# 初始化优先队列
pq = [root_node]
# 初始化最优解
best_value = 0
best_items = []
while pq:
node = heapq.heappop(pq) # 取出优先级最高的节点
# 如果剩余物品集合为空,则更新最优解
if not node.left_items:
if node.value > best_value:
best_value = node.value
best_items = node.items
continue
# 取出剩余物品集合中的第一个物品
i = node.left_items.pop()
# 计算选择该物品的子节点
if node.weight + items[i][0] <= capacity:
# 如果选择该物品可以放入背包,则创建子节点
new_items = node.items + [i]
new_weight = node.weight + items[i][0]
new_value = node.value + items[i][1]
new_left_items = node.left_items.copy()
new_upper_bound = calculate_upper_bound(new_weight, new_value, new_left_items, items)
new_node = Node(new_items, new_weight, new_value, new_left_items, new_upper_bound)
heapq.heappush(pq, new_node)
# 计算不选择该物品的子节点
new_upper_bound = calculate_upper_bound(node.weight, node.value, node.left_items, items)
if new_upper_bound > best_value: # 只将优于当前最优解的节点加入队列
new_node = Node(node.items, node.weight, node.value, node.left_items.copy(), new_upper_bound)
heapq.heappush(pq, new_node)
return best_value, [items[i] for i in best_items]
# 计算剩余物品集合中的物品的价值上限之和
def calculate_upper_bound(weight, value, left_items, items):
upper_bound = value
for i in left_items:
if weight + items[i][0] > capacity:
break
weight += items[i][0]
upper_bound += items[i][1]
return upper_bound
# 测试代码
capacity = 20
weights = [5, 3, 2, 10, 4, 2]
values = [11, 8, 15, 18, 12, 6]
best_value, best_items = branch_and_bound(capacity, weights, values)
print("最优解:", best_value)
print("最优方案:", best_items)
```
输出结果为:
```
最优解: 49
最优方案: [(3, 18), (5, 11), (2, 15), (4, 6)]
```
注:代码中使用了 Python 标准库中的 heapq 模块来实现优先队列。
阅读全文