解0/1背包箱问题。分别用先进先出队列分支限界法实现。
时间: 2023-06-12 10:06:01 浏览: 94
解0/1背包问题的暴力算法是枚举所有可能的情况,时间复杂度为O(2^n),对于大规模的问题来说,这个时间复杂度是无法接受的。因此,我们需要采用更高效的算法来解决这个问题。其中,分支限界法是一种比较常用的算法,而先进先出队列则是一种优化算法。
先进先出队列分支限界法的基本思路是,按照物品的单位重量价值从大到小的顺序,依次将物品放入背包中,如果放入某个物品使得背包的重量超过了限制,那么就不再考虑后面的物品。如果放入某个物品后,背包的价值已经达到了当前最优解,那么就不再考虑后面的物品。
具体实现步骤如下:
1. 将所有物品按照单位重量价值从大到小排序。
2. 创建一个先进先出队列,并将第一个节点入队,节点包括物品的重量、价值、单位重量价值、剩余空间、当前背包价值以及已选中的物品列表。
3. 对于队列中的每个节点,依次考虑将下一个物品放入背包中的情况。如果放入物品后背包的重量超过了限制,那么就不再考虑后面的物品。如果放入物品后,背包的价值已经达到了当前最优解,那么就不再考虑后面的物品。如果没有超过限制且没有达到最优解,则将放入物品后的节点入队。
4. 不断重复步骤3,直到队列为空。
下面是使用Python实现先进先出队列分支限界法的代码:
```python
def solve_knapsack(capacity, weights, values):
n = len(weights)
# 计算每个物品的单位重量价值
vpw = [(values[i] / weights[i], weights[i], values[i]) for i in range(n)]
vpw.sort(reverse=True)
q = Queue()
q.put((0, capacity, 0, [])) # 节点包括当前背包价值、剩余空间、当前物品列表
max_value = 0
while not q.empty():
cur_value, cur_space, cur_weight, selected = q.get()
if cur_value > max_value:
max_value = cur_value
for i in range(len(vpw)):
unit_value, weight, value = vpw[i]
if weight > cur_space:
break
if cur_weight + weight > capacity:
break
if cur_value + value + (cur_space - weight) * unit_value <= max_value:
break
new_selected = selected + [i]
q.put((cur_value + value, cur_space - weight, cur_weight + weight, new_selected))
return max_value
```
这个算法的时间复杂度是O(nlogn+k*b),其中n是物品的数量,k是队列的大小,b是背包的容量。实际上,由于先进先出队列可以避免重复计算,所以k会比较小,因此实际运行时间会比较快。
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