装载问题分支限界队列式复杂度分析

时间: 2023-08-14 10:46:34 浏览: 358
装载问题分支限界算法采用队列式搜索策略,即每次扩展队首节点,直到找到最优解或队列为空。队列式搜索可以有效地剪枝,避免搜索冗余状态,因此在装载问题中适用。队列式搜索具有广度优先搜索的特点,每层节点的状态数相等,因此可以使用队列来存储节点,使得搜索更高效。 具体来说,装载问题分支限界算法使用一个优先队列来存储扩展后的状态节点,每次从队首取出一个节点进行扩展。由于优先队列是按照状态的估价函数值进行排序的,因此每次取出的节点都是当前最优的。在扩展节点时,需要对每个子节点进行估价并计算优先级,将其插入队列中。如果子节点的状态已经被搜索过,则不再加入队列,从而避免重复搜索。 队列式搜索的时间复杂度取决于队列的大小和估价函数的计算复杂度。在装载问题中,队列的大小与搜索树的宽度有关,因此时间复杂度是指数级别的。具体来说,假设搜索树的深度为n,每个节点有k个子节点,则队列的大小最大为k^n,时间复杂度为O(k^n)。但是由于分支限界算法的剪枝策略,实际搜索的状态数远远小于k^n,因此队列式搜索在装载问题中具有较高的效率。
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装载问题分支限界复杂度分析

装载问题是一种经典的NP完全问题,可以使用分支限界算法进行求解。分支限界算法是一种剪枝搜索算法,其基本思想是通过限制搜索空间,将问题分成一系列子问题,每次选取一个最有希望的子问题进行搜索,直到找到满足条件的解或者确定无解。 在装载问题中,可以使用分支限界算法进行搜索。具体地,可以将每个货物看作一个状态,每次选择一个货物进行装载,然后检查当前载重是否超过了限制。如果没有超过限制,继续选择下一个货物进行装载;如果超过了限制,则剪枝,不再搜索该分支。同时,为了进一步剪枝,可以使用优先队列对搜索状态进行排序,优先搜索具有更优秀的状态。 分支限界算法的时间复杂度是指数级别的,但是由于其采用了剪枝策略,可以大大降低搜索的空间复杂度。具体的时间复杂度取决于问题的规模和搜索空间的大小。在装载问题中,分支限界算法的时间复杂度通常是指数级别的。

分析优先队列式分支限界算法解决装载问题的时间复杂度

我们可以分析优先队列式分支限界算法解决装载问题的时间复杂度: 1. 初始化根节点的时间复杂度为O(1)。 2. 扩展节点的时间复杂度为O(n),其中n为集装箱数。 3. 将扩展出的子节点加入优先队列的时间复杂度为O(logN),其中N为优先队列的大小。 4. 在扩展节点时进行剪枝优化的时间复杂度为O(1)。 5. 找到一个可行解的时间复杂度为O(1)。 因此,算法的时间复杂度主要取决于优先队列的大小。优先队列的大小取决于扩展出的节点数,最坏情况下为2^n,其中n为集装箱数。因此,算法的最坏时间复杂度为O(2^n log(2^n)),即指数级别。但是,在实际应用中,由于采用了剪枝优化和价值优先的策略,实际的运行时间会远远小于最坏情况。
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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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