假设一个0/1背包问题:n=3,重量为w=(16,15,15),价值为v=(45,25,25),背包限重为W=30,解向量为x=(x1,x2,x3)。通过分支限界法求解该问题。 采用分支界限算法通过C语言实现。
时间: 2023-10-29 18:15:59 浏览: 86
算法分析 | 分支限界法 | 01背包问题
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好的,这是一个比较具体的问题,需要比较详细的解答。首先我们来介绍一下分支界限法的基本思路。
分支界限法是一种求解最优化问题的通用算法。该算法的基本思路是将原问题不断分解为子问题,并给出一个上界和下界,通过剪枝操作逐步缩小问题的搜索空间,最终找到最优解。
对于0/1背包问题,分支界限法的具体实现如下:
1. 将所有物品按照单位重量价值从大到小排序;
2. 初始化一个优先队列,将初始节点加入队列中;
3. 当队列非空时,取出队首节点,判断该节点是否可行,如果可行则更新最优解,并更新上界;
4. 对于可行的节点,生成子节点,分别考虑添加当前物品和不添加当前物品两种情况,计算上界,若上界大于当前最优解,则将子节点加入队列中;
5. 对于不可行的节点,直接剪枝。
下面是该算法的C语言实现代码:
```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define N 3
#define W 30
typedef struct Node {
int level; // 当前节点所在层数
int weight; // 当前节点的重量
int value; // 当前节点的价值
int bound; // 当前节点的上界
int x[N]; // 当前节点对应的解向量
} Node;
// 按照单位重量价值从大到小排序
void sort(int w[], int v[]) {
int i, j, temp;
float ratio[N], temp_ratio;
for (i = 0; i < N; i++) {
ratio[i] = (float)v[i] / w[i];
}
for (i = 0; i < N - 1; i++) {
for (j = i + 1; j < N; j++) {
if (ratio[j] > ratio[i]) {
temp_ratio = ratio[i];
ratio[i] = ratio[j];
ratio[j] = temp_ratio;
temp = w[i];
w[i] = w[j];
w[j] = temp;
temp = v[i];
v[i] = v[j];
v[j] = temp;
}
}
}
}
// 计算当前节点的上界
int bound(Node node, int w[], int v[]) {
int i, j, weight = node.weight, value = node.value;
for (i = node.level; i < N; i++) {
if (weight + w[i] <= W) {
weight += w[i];
value += v[i];
} else {
break;
}
}
if (i < N) {
value += (W - weight) * (float)v[i] / w[i];
}
return value;
}
// 判断当前节点是否可行
int feasible(Node node) {
return node.weight <= W;
}
// 搜索最优解
void knapsack(int w[], int v[]) {
int i, j, max_value = 0;
sort(w, v);
Node node, left, right;
node.level = -1;
node.weight = 0;
node.value = 0;
node.bound = bound(node, w, v);
for (i = 0; i < N; i++) {
node.x[i] = 0;
}
int queue_size = 1, queue_capacity = 1;
Node *queue = (Node *)malloc(queue_capacity * sizeof(Node));
queue[0] = node;
while (queue_size > 0) {
node = queue[0];
for (i = 0; i < queue_size - 1; i++) {
queue[i] = queue[i + 1];
}
queue_size--;
if (node.value > max_value) {
max_value = node.value;
}
if (node.bound >= max_value) {
if (node.level == N - 1) {
continue;
}
left.level = node.level + 1;
left.weight = node.weight + w[left.level];
left.value = node.value + v[left.level];
for (i = 0; i <= node.level; i++) {
left.x[i] = node.x[i];
}
left.x[left.level] = 1;
left.bound = bound(left, w, v);
if (feasible(left) && left.bound >= max_value) {
if (queue_size >= queue_capacity) {
queue_capacity *= 2;
queue = (Node *)realloc(queue, queue_capacity * sizeof(Node));
}
queue[queue_size] = left;
queue_size++;
}
right.level = node.level + 1;
right.weight = node.weight;
right.value = node.value;
for (i = 0; i <= node.level; i++) {
right.x[i] = node.x[i];
}
right.x[right.level] = 0;
right.bound = bound(right, w, v);
if (right.bound >= max_value) {
if (queue_size >= queue_capacity) {
queue_capacity *= 2;
queue = (Node *)realloc(queue, queue_capacity * sizeof(Node));
}
queue[queue_size] = right;
queue_size++;
}
}
}
printf("最优解为:");
for (i = 0; i < N; i++) {
printf("%d ", queue[0].x[i]);
}
printf("\n最优值为:%d\n", max_value);
free(queue);
}
int main() {
int w[N] = {16, 15, 15};
int v[N] = {45, 25, 25};
knapsack(w, v);
return 0;
}
```
以上就是分支界限法求解0/1背包问题的C语言实现过程。
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