2.给定背包容量W=20,6个物品的重量分别为(5,3,2,10,4,2),价值分别为(11,8,15,18,12,6),使用回溯法求解0/1背包问题,画出搜索过程中展开的解空间树。
时间: 2023-09-25 08:13:33 浏览: 275
首先,我们需要定义一个回溯函数,来实现搜索过程。代码如下:
```python
def backtrack(i, weight, value):
global max_value, best_choice
if weight > W: # 超过背包容量,不可行解
return
if i == n: # 已经考虑完所有物品,更新最优解
if value > max_value:
max_value = value
best_choice = choice[:]
return
choice[i] = 0 # 不选第i个物品
backtrack(i+1, weight, value) # 搜索左子树
choice[i] = 1 # 选第i个物品
backtrack(i+1, weight+w[i], value+v[i]) # 搜索右子树
```
其中,`i`表示当前考虑的物品编号,`weight`表示当前已经选择的物品的总重量,`value`表示当前已经选择的物品的总价值,`choice`表示每个物品的选择情况,`max_value`表示最优解的总价值,`best_choice`表示最优解的选择情况。
接下来,我们可以按照如下步骤进行搜索:
1. 初始化参数:物品数量 `n=6`,背包容量 `W=20`,每个物品的重量和价值分别为 `(w, v) = [(5, 11), (3, 8), (2, 15), (10, 18), (4, 12), (2, 6)]`,最优解的总价值 `max_value=0`,最优解的选择情况 `best_choice=[]`,当前物品的选择情况 `choice=[0]*n`。
2. 调用回溯函数 `backtrack(0, 0, 0)`,从根节点开始搜索。
3. 在回溯函数中,首先判断是否超过背包容量,如果超过,则返回。
4. 如果已经考虑完了所有物品,更新最优解。
5. 否则,分别搜索左子树和右子树,左子树表示不选当前物品,右子树表示选当前物品。
6. 返回最优解的总价值和选择情况。
搜索过程中展开的解空间树如下所示(其中,每个节点表示一个状态,节点中的数字分别表示当前已经选择的物品的总重量和总价值):
```
(0, 0)
/ \
(0, 0) (2, 6)
/ \ / \
(0, 0) (2, 6) (2, 6) (4, 12)
/ \ / \
(0, 0) ... ... (4, 12)
/ \
(0, 0) (3, 8)
/ \ / \
... ... ... ...
```
其中,每个叶子节点表示一个可行解,即背包中选择物品的总重量不超过背包容量,并且总价值最大。最终,搜索过程结束后,最优解的总价值为 40,选择情况为 [0, 1, 1, 0, 1, 0],表示选中第二、第三、第五个物品。
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