假设一个0/1背包问题是,n=4,重量为w=(4,7,5,3),价值为v=(40,42,25,12),背包限重为W=10,解向量为x=(x1,x2,x3,x4)。请采用课本第6章中的优先队列式分枝限界法求解该问题,C语言

时间: 2023-08-13 21:04:22 浏览: 264
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0-1背包问题分支界限法求解-C语言实现

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以下是使用C语言实现优先队列式分枝限界法解决0/1背包问题的示例代码: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define MAX_N 100 // 最大物品数量 #define MAX_W 1000 // 最大背包容量 struct node { int level; // 当前搜索层数 int profit; // 当前价值 int weight; // 当前重量 int bound; // 上界 }; struct queue_node { struct node *data; // 存储结点指针 struct queue_node *next; // 指向下一个结点的指针 }; struct queue { struct queue_node *front; // 队首指针 struct queue_node *rear; // 队尾指针 }; // 初始化队列 void init_queue(struct queue *q) { q->front = q->rear = NULL; } // 判断队列是否为空 int is_queue_empty(struct queue *q) { return q->front == NULL; } // 入队 void enqueue(struct queue *q, struct node *data) { struct queue_node *new_node = (struct queue_node *) malloc(sizeof(struct queue_node)); new_node->data = data; new_node->next = NULL; if (is_queue_empty(q)) { q->front = q->rear = new_node; } else { q->rear->next = new_node; q->rear = new_node; } } // 出队 struct node *dequeue(struct queue *q) { if (is_queue_empty(q)) { return NULL; } struct queue_node *front_node = q->front; struct node *data = front_node->data; q->front = front_node->next; free(front_node); if (q->front == NULL) { q->rear = NULL; } return data; } // 计算结点的上界 int calc_bound(int level, int profit, int weight, int n, int *w, int *v, int W) { int bound = profit; int j = level + 1; int total_weight = weight; while (j < n && total_weight + w[j] <= W) { bound += v[j]; total_weight += w[j]; j++; } if (j < n) { bound += (W - total_weight) * v[j] / w[j]; } return bound; } // 初始化根结点 void init_root_node(struct node *root, int n, int *w, int *v, int W) { root->level = -1; root->profit = 0; root->weight = 0; root->bound = calc_bound(-1, 0, 0, n, w, v, W); } // 初始化子结点 void init_child_node(struct node *child, struct node *parent, int i, int n, int *w, int *v, int W) { child->level = parent->level + 1; child->profit = parent->profit + v[i]; child->weight = parent->weight + w[i]; child->bound = calc_bound(child->level, child->profit, child->weight, n, w, v, W); } // 比较函数,用于优先队列中的结点排序 int compare_node(const void *a, const void *b) { struct node *node_a = *((struct node **) a); struct node *node_b = *((struct node **) b); return node_b->bound - node_a->bound; } // 优先队列式分枝限界法求解0/1背包问题 int knapsack(int n, int *w, int *v, int W, int *x) { struct node root, *p, *left_child, *right_child, *max_node; int max_profit = 0; struct queue q; init_root_node(&root, n, w, v, W); init_queue(&q); enqueue(&q, &root); while (!is_queue_empty(&q)) { p = dequeue(&q); if (p->bound > max_profit) { left_child = (struct node *) malloc(sizeof(struct node)); right_child = (struct node *) malloc(sizeof(struct node)); init_child_node(left_child, p, p->level + 1, n, w, v, W); init_child_node(right_child, p, p->level + 1, n, w, v, W); if (left_child->weight <= W && left_child->profit > max_profit) { max_profit = left_child->profit; max_node = left_child; } if (left_child->bound > max_profit) { enqueue(&q, left_child); } else { free(left_child); } if (right_child->weight <= W && right_child->profit > max_profit) { max_profit = right_child->profit; max_node = right_child; } if (right_child->bound > max_profit) { enqueue(&q, right_child); } else { free(right_child); } } free(p); } for (int i = n - 1; i >= 0; i--) { if (max_node->weight >= w[i]) { x[i] = 1; max_node->weight -= w[i]; } else { x[i] = 0; } } return max_profit; } int main() { int n = 4; int w[MAX_N] = {4, 7, 5, 3}; int v[MAX_N] = {40, 42, 25, 12}; int W = 10; int x[MAX_N] = {0}; int max_profit = knapsack(n, w, v, W, x); printf("最大价值为:%d\n", max_profit); printf("解向量为:("); for (int i = 0; i < n; i++) { printf("%d", x[i]); if (i < n - 1) { printf(", "); } } printf(")\n"); return 0; } ``` 该代码实现了优先队列式分枝限界法求解0/1背包问题,并输出了最大价值和解向量。
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