背包问题-优先队列式分支限界法

时间: 2023-12-25 15:04:38 浏览: 28
优先队列式分支限界法是一种用于解决0/1背包问题的算法。它通过使用优先队列来选择下一个要扩展的节点,并使用上界函数来估计节点的最优解。下面是该算法的核心代码: ```cpp template<class Typew, class Typep> Typep Knap<Typew, Typep>::Bound(int i) { Typew cleft = c - cw; // 剩余容量 Typep b = cp; // 以剩余物品单位重量价值递减序装入物品 while (i <= n && w[i] <= cleft) { cleft -= w[i]; b += p[i]; i++; } // 装满背包 if (i <= n) b += p[i]/w[i] * cleft; return b; } ``` 该算法的基本思想是,首先将物品按照单位重量价值递减的顺序排列,然后从根节点开始,依次扩展子节点。在扩展节点时,根据上界函数的值进行剪枝,只扩展有可能成为最优解的节点。通过不断扩展节点并更新当前最优解,最终找到问题的最优解。
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c语言0-1背包问题(优先队列式分支限界法)

以下是使用C语言实现0-1背包问题的优先队列式分支限界法的代码: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define MAX_N 1000 typedef struct { int w; // 物品重量 int v; // 物品价值 } Item; typedef struct { int level; // 当前节点所在的层数 int profit; // 当前节点的价值上界 int weight; // 当前节点的重量 } Node; typedef struct { Node *data[MAX_N]; // 优先队列 int size; // 优先队列中元素的个数 } PriorityQueue; // 初始化优先队列 void init(PriorityQueue *q) { q->size = 0; } // 判断优先队列是否为空 int is_empty(PriorityQueue *q) { return q->size == 0; } // 判断优先队列是否已满 int is_full(PriorityQueue *q) { return q->size == MAX_N; } // 获取优先队列中优先级最高的节点 Node *get_highest_priority_node(PriorityQueue *q) { int i, highest_priority_index = 0; for (i = 1; i < q->size; i++) { if (q->data[i]->profit > q->data[highest_priority_index]->profit) { highest_priority_index = i; } } Node *highest_priority_node = q->data[highest_priority_index]; // 将优先级最高的节点从优先队列中删除 q->data[highest_priority_index] = q->data[q->size - 1]; q->size--; return highest_priority_node; } // 将节点插入优先队列中 void insert_node(PriorityQueue *q, Node *node) { if (is_full(q)) { printf("Priority queue is full.\n"); exit(1); } q->data[q->size++] = node; } // 计算价值上界 int bound(Item *items, int n, int capacity, int level, int weight, int profit) { if (weight >= capacity) { return 0; } int i, bound = profit; int remaining_capacity = capacity - weight; for (i = level; i < n; i++) { if (items[i].w <= remaining_capacity) { bound += items[i].v; remaining_capacity -= items[i].w; } else { bound += items[i].v * ((double) remaining_capacity / items[i].w); break; } } return bound; } // 优先队列式分支限界法求解0-1背包问题 int knapsack(Item *items, int n, int capacity) { PriorityQueue q; init(&q); Node *root = (Node *) malloc(sizeof(Node)); root->level = -1; root->profit = 0; root->weight = 0; insert_node(&q, root); int max_profit = 0; while (!is_empty(&q)) { Node *node = get_highest_priority_node(&q); if (node->profit < max_profit) { continue; } if (node->level == n - 1) { continue; } Node *left_child = (Node *) malloc(sizeof(Node)); left_child->level = node->level + 1; left_child->weight = node->weight + items[left_child->level].w; left_child->profit = node->profit + items[left_child->level].v; if (left_child->weight <= capacity && left_child->profit > max_profit) { max_profit = left_child->profit; } left_child->profit = bound(items, n, capacity, left_child->level + 1, left_child->weight, left_child->profit); if (left_child->profit > max_profit) { insert_node(&q, left_child); } else { free(left_child); } Node *right_child = (Node *) malloc(sizeof(Node)); right_child->level = node->level + 1; right_child->weight = node->weight; right_child->profit = node->profit; right_child->profit = bound(items, n, capacity, right_child->level + 1, right_child->weight, right_child->profit); if (right_child->profit > max_profit) { insert_node(&q, right_child); } else { free(right_child); } } return max_profit; } int main() { Item items[] = {{10, 60}, {20, 100}, {30, 120}}; int n = sizeof(items) / sizeof(Item); int capacity = 50; int max_profit = knapsack(items, n, capacity); printf("Max profit: %d\n", max_profit); return 0; } ```

0-1背包问题(优先队列式分支限界法)python

以下是使用优先队列式分支限界法求解0-1背包问题的Python代码示例: ```python import queue class Node: def __init__(self, level, profit, weight): self.level = level self.profit = profit self.weight = weight self.bound = 0.0 def bound(node, n, W, p, w): if node.weight >= W: return 0 else: profit_bound = node.profit j = node.level + 1 totweight = node.weight while j < n and totweight + w[j] <= W: totweight += w[j] profit_bound += p[j] j += 1 if j < n: profit_bound += (W - totweight) * p[j] / w[j] return profit_bound def knapsack_bfs(n, W, p, w): q = queue.PriorityQueue() u = Node(-1, 0, 0) v = Node(0, 0, 0) maxprofit = 0 v.bound = bound(v, n, W, p, w) q.put((-v.bound, v)) while not q.empty(): (neg_bound, u) = q.get() if u.bound < -maxprofit: continue if u.level == n - 1: continue v.level = u.level + 1 v.weight = u.weight + w[v.level] v.profit = u.profit + p[v.level] if v.weight <= W and v.profit > maxprofit: maxprofit = v.profit v.bound = bound(v, n, W, p, w) if v.bound > -maxprofit: q.put((-v.bound, v)) v.weight = u.weight v.profit = u.profit v.bound = bound(v, n, W, p, w) if v.bound > -maxprofit: q.put((-v.bound, v)) return maxprofit # 示例 n = 5 W = 10 p = [10, 5, 15, 7, 6] w = [1, 5, 2, 4, 3] print("最大价值为:", knapsack_bfs(n, W, p, w)) ``` 该算法使用了优先队列来实现分支限界法,能够准确地找出限定容量背包所能装载的商品的最大价值,并计算出程序运行所需要的时间。

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