已知n+1个正数:w i ​ (1<=i<=n)和M,要求找出{w i ​ }的所有子集使得子集中元素之和等于M。解采用可变长的k-元组(x 1 ​ ,...,x k ​ ) 表达,其中:x i ​ ∈{1, ..n},表示被选中的数值w的下标,1<=i<=k。隐式约束条件是选中的数值和数为M,x i ​ 相互不同,且按取值从小到大顺序排列。 要求利用FIFO分支限界方法解决子集和数问题。 输入格式: 第一行为一个不超过200的正整数n,表示总集规模; 第二行是正整数M,表示子集的和数; 第三行是总集中n个正整数,中间用空格隔开。 输出格式: 如果有答案,则输出所有满足条件的子集(用可变长度数组表示符合条件的一个子集,子集中元素表示被选中的数值的下标); 如果没有答案,则输出“no solution!”。

时间: 2024-03-19 17:43:39 浏览: 127
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求解子集和数

为了方便理解,我先解释一下FIFO分支限界算法的基本思路。FIFO分支限界算法是一种广度优先搜索算法,它的基本思路是:将搜索树的节点放入一个队列中,每次从队列中取出队首元素扩展子节点,并将子节点加入队列末尾,然后按照某种规则排序队列,使得优先级高的节点优先扩展。 接下来,我们按照题目要求,使用FIFO分支限界算法求解子集和问题。首先,读入输入数据: ```python n = int(input()) # 集合大小 M = int(input()) # 目标和 w = list(map(int, input().split())) # 集合中的数 ``` 接着,定义一个节点类,用于表示搜索树的节点。每个节点包含以下属性: - `path`:表示节点对应的可行解。 - `bound`:表示节点的上界,用于排序和剪枝。 - `level`:表示节点在搜索树中的深度。 ```python class Node: def __init__(self, path, bound, level): self.path = path self.bound = bound self.level = level ``` 接下来,定义一个计算上界的函数`bound()`。该函数用于计算当前节点的上界,用于排序和剪枝。具体计算方法如下: 1. 计算当前节点已选数的和`cur_sum`。 2. 计算剩余数的和`rem_sum`,即从当前节点所在层往下所有数的和。 3. 如果`cur_sum`已经超过了目标和`M`,则返回负无穷;如果`cur_sum`加上`rem_sum`仍然小于`M`,则返回当前节点的和作为上界;否则,返回当前节点的和加上剩余数的平均值作为上界。 ```python def bound(path, w, M): cur_sum = sum(w[i-1] for i in path) rem_sum = sum(w[i-1] for i in range(path[-1]+1, len(w)+1)) if cur_sum > M: return float('-inf') elif cur_sum == M: return cur_sum else: return cur_sum + (rem_sum / len(w[path[-1]:])) ``` 接下来,定义搜索函数`subset_sum()`,该函数使用FIFO分支限界算法搜索所有满足条件的子集。具体步骤如下: 1. 将根节点加入队列,并初始化最优解和最优路径。 2. 循环执行以下操作,直到队列为空: 1. 取出队首元素。 2. 如果当前节点的上界小于当前已知最优解,则剪枝,直接跳过。 3. 如果当前节点的和等于目标和,将当前节点的可行解加入结果集,并更新最优解和最优路径。 4. 否则,生成当前节点的所有子节点,并计算它们的上界,将子节点加入队列,并按照上界从小到大排序。 3. 返回结果集和最优路径。 ```python def subset_sum(w, M): # 初始化根节点 root = Node([], bound([], w, M), 0) queue = [root] # 初始化队列 result = [] # 初始化结果集 best_path = [] # 初始化最优路径 best_bound = float('-inf') # 初始化最优上界 while queue: node = queue.pop(0) # 剪枝 if node.bound <= best_bound: continue # 找到一个可行解 if sum(w[i-1] for i in node.path) == M: result.append(node.path) if not best_path or len(node.path) < len(best_path): best_path = node.path best_bound = len(best_path) # 扩展子节点 for i in range(node.level+1, len(w)+1): child_path = node.path + [i] child_bound = bound(child_path, w, M) if child_bound > best_bound: queue.append(Node(child_path, child_bound, node.level+1)) queue.sort(key=lambda x: x.bound) if result: print(result) else: print("no solution!") ``` 最后,调用`subset_sum()`函数进行搜索,并输出结果: ```python subset_sum(w, M) ``` 完整代码如下:
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