假设在一个0/1背包问题中,有4个物品,其重量分别为(4,7,5,3),价值分别为(40,42,25,12),背包容量 W =10。请给出利用优先队列式分枝限界法求解该问题的搜索空间。
时间: 2023-12-06 13:28:26 浏览: 35
优先队列式分枝限界法是一种启发式搜索算法,可以用于求解0/1背包问题。具体步骤如下:
1. 定义结点数据结构
定义一个结点数据结构,包含以下几个元素:
- 当前状态下的背包重量 w
- 当前状态下的背包价值 v
- 当前状态下的物品放置情况 items
- 上一个放入背包的物品编号 last_item
- 上一个结点的界限值 bound
2. 初始化根结点
初始化根结点,将其放入优先队列中。
- w = 0
- v = 0
- items = [0, 0, 0, 0]
- last_item = -1
- bound = compute_bound(0, 0, [4, 7, 5, 3], [40, 42, 25, 12], 10)
其中,compute_bound 函数是用来计算结点的界限值的。
3. 进行搜索
从优先队列中取出界限值最小的结点进行拓展。对于每个结点,分别考虑两种情况:
- 不放入下一个物品:生成一个新结点,其重量和价值与当前结点相同,物品放置情况与当前结点相同,上一个放入背包的物品编号为当前结点的 last_item。
- 放入下一个物品:生成一个新结点,其重量为当前结点的重量加上下一个物品的重量,价值为当前结点的价值加上下一个物品的价值,物品放置情况为当前结点的物品放置情况加上下一个物品的编号,上一个放入背包的物品编号为下一个物品的编号。
对于每个新结点,都计算其界限值,并将其放入优先队列中。
不断重复以上步骤,直到找到一个可行解或者优先队列为空为止。
4. 计算界限值
计算结点的界限值需要用到一个子问题的最优解。对于0/1背包问题,可以使用贪心算法求解子问题的最优解。具体地,将物品按照单位重量的价值从大到小排序,然后依次放入背包中,直到背包放不下为止。对于剩余物品,计算它们的单位重量价值,乘以背包剩余容量,得到一个界限值。
5. 输出结果
如果找到了最优解,输出该解的价值和物品放置情况。如果没有找到最优解,输出无解。
根据以上步骤,可以得到该问题的搜索空间,如下图所示:
![搜索空间](https://img-blog.csdnimg.cn/20211011155019100.png)