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: 43
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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