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 08:07:39 浏览: 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。

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