算法设计-分支界限法--装载问题

时间: 2023-12-13 10:32:28 浏览: 121
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利用分支界限法解决装载问题

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装载问题是指在给定的一批集装箱中选取若干个装上一艘载重量为C的轮船,如何才能使装上的集装箱重量最大。这是一个NP完全问题,可以使用分支限界法来解决。 分支限界法是一种用于求解最优化问题的通用算法。它通过将问题的解空间划分为若干个子集,每个子集对应一个可行解,然后通过限制条件和目标函数来剪枝,从而逐步缩小搜索空间,最终找到最优解。 下面是使用队列式分支限界法求解装载问题的Python代码: ```python import queue class Node: def __init__(self, level, weight, value, bound): self.level = level self.weight = weight self.value = value self.bound = bound def bound(node, n, c, w, v): if node.weight >= c: return 0 else: bound = node.value j = node.level + 1 totweight = node.weight while j < n and totweight + w[j] <= c: totweight += w[j] bound += v[j] j += 1 if j < n: bound += (c - totweight) * v[j] / w[j] return bound def knapsack(n, c, w, v): q = queue.Queue() u = Node(-1, 0, 0, 0) v = Node(-1, 0, 0, bound(u, n, c, w, v)) maxvalue = 0 q.put(v) while not q.empty(): u = q.get() if u.bound > maxvalue: i = u.level + 1 u1 = Node(i, u.weight + w[i], u.value + v[i], 0) if u1.weight <= c and u1.value > maxvalue: maxvalue = u1.value u1.bound = bound(u1, n, c, w, v) if u1.bound > maxvalue: q.put(u1) u2 = Node(i, u.weight, u.value, 0) u2.bound = bound(u2, n, c, w, v) if u2.bound > maxvalue: q.put(u2) return maxvalue w = [90, 80, 40, 30, 20, 12, 10] v = [90, 80, 40, 30, 20, 12, 10] c = 152 n = len(w) print("最大装载重量为:", knapsack(n, c, w, v)) ```
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#include #include #include #include using namespace std; ifstream infile; ofstream outfile; class Node { friend int func(int*, int, int, int*); public: int ID; double weight;//物品的重量 }; bool comp1(Node a, Node b) //定义比较规则 { return a.weight > b.weight; } class Load; class bbnode; class Current { friend Load; friend struct Comp2; private: int upweight;//重量上界 int weight;//结点相应的重量 int level;//活结点在子集树中所处的层次 bbnode* ptr;//指向活结点在子集树中相应结点的指针 }; struct Comp2 { bool operator () (Current *x, Current *y) { return x->upweightupweight; } }; class Load { friend int func(int*, int, int, int*); public: int Max0(); private: priority_queue<Current*, vector, Comp2>H;//利用优先队列(最大堆)储存 int limit(int i); void AddLiveNode(int up, int cw, bool ch, int level); bbnode *P;//指向扩展结点的指针 int c;//背包的容量 int n;//物品的数目 int *w;//重量数组 int cw;//当前装载量 int *bestx;//最优解方案数组 }; class bbnode { friend Load; friend int func( int*, int, int, int*); bbnode* parent; bool lchild; }; //结点中有双亲指针以及左儿子标志 int Load::limit(int i) //计算结点所相应重量的上界 { int left,a; left= c - cw;//剩余容量 a = cw; //b是重量上界,初始值为已经得到的重量 while (i <= n && w[i] parent = P; b->lchild = ch; Current* N = new Current; N->upweight = up; N->weight = cw; N->level = level; N->ptr = b; H.push(N); } int Load::Max0() { int i = 1; P = 0; cw = 0; int bestw = 0; int up = limit(1); while (i != n + 1) { int wt = cw + w[i]; //检查当前扩展结点的左儿子结点 if (wt bestw) bestw =wt; AddLiveNode(up,wt, true, i + 1); } up = limit(i + 1); //检查当前扩展结点的右儿子结点 if (up >= bestw)//如果右儿子可行 { AddLiveNode(up,cw, false, i + 1); } Current* N = H.top(); //取队头元素 H.pop(); P = N->ptr; cw = N->weight; up = N->upweight; i = N->level; } bestx = new int[n + 1]; for (int j = n; j > 0; --j) { bestx[j] = P->lchild; P = P->parent; } return cw; } int func(int *w, int c, int n, int *bestx) //调用Max0函数对子集树的优先队列式进行分支限界搜索 { int W = 0; //初始化装载的总质量为0 Node* Q = new Node[n]; for (int i = 0; i < n; ++i) { Q[i].ID = i + 1; Q[i].weight = w[i+1]; W += w[i+1]; } if (W <= c)//如果足够装,全部装入 return W; sort(Q, Q + n, comp1); //首先,将各物品按照重量从大到小进行排序; Load K; K.w = new int[n + 1]; for (int j = 0; j < n; j++) K.w[j + 1] = w[Q[j].ID]; K.cw = 0; K.c = c; K.n = n; int bestp = K.Max0(); for (int k = 0; k < n; k++) { bestx[Q[k].ID] = K.bestx[k + 1]; } delete []Q; delete []K.w; delete []K.bestx; return bestp; } int main() { int*w,*Final; int c,n,i,best; infile.open("input.txt",ios::in); if(!infile) { cerr<<"open error"<>c; infile>>n; w=new int[n+1]; for(i=1;i>w[i]; infile.close(); Final = new int[n+1]; best = func( w, c, n, Final); outfile.open("output.txt",ios::out); if(!outfile) { cerr<<"open error"<<endl; exit(1); } outfile << best << endl; for (int i = 1; i <= n; ++i) { outfile<<Final[i]<<" "; } outfile.close(); return 0; }

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