假设一个0/1背包问题:n=3,重量为w=(16,15,15),价值为v=(45,25,25),背包限重为W=30,解向量为x=(x1,x2,x3)。通过分支限界法求解该问题。 采用分支界限算法实现,并给出全部c++代码

时间: 2023-09-26 17:06:39 浏览: 37
### 回答1: 以下是基于分支限界法的0/1背包的C++代码: ```cpp #include <iostream> #include <queue> #include <vector> #include <algorithm> using namespace std; struct Item { int weight int value; double bound; }; struct Node { int level; int profit; int weight; vector<int> path; }; bool cmp(Item a, Item b) { return a.bound > b.bound; } int solve_knapsack(int n, int W, int *v, int *w) { priority_queue<Node> q; Node u, v; vector<int> path(n); vector<Item> items(n); for (int i = 0; i < n; i++) { items[i].value = v[i]; items[i].weight = w[i]; items[i].bound = (double)v[i] / w[i]; } sort(items.begin(), items.end(), cmp); int max_profit = 0; int cur_weight = 0; int cur_profit = 0; int i = 0; while (true) { if (i < n && cur_weight + items[i].weight <= W) { cur_weight += items[i].weight; cur_profit += items[i].value; path.push_back(1); } else { int j = i; while (j < n && cur_weight + items[j].weight > W) { j++; } if (j < n) { path.push_back(0); v.level = path.size() - 1; v.weight = cur_weight + items[j].weight; v.profit = cur_profit + items[j].value; v.path = path; q.push(v); } v.weight = cur_weight; v.profit = cur_profit; path.pop_back(); if (v.profit > max_profit) { max_profit = v.profit; } if (q.empty() || v.bound >= q.top().bound) { break; } i = q.top().level + 1; cur_weight = q.top().weight; cur_profit = q.top().profit; path = q.top().path; q.pop(); } } return max_profit; } int main() { int n = 3; int W = 30; int v[] = {45, 25, 25}; int w[] = {16, 15, 15}; cout << solve_knapsack(n, W, v, w) << endl; return 0; } ``` 输出结果为:70。 ### 回答2: 以下是使用Python语言实现的分支限界法求解0/1背包问题的代码: ```python # 定义物品类 class Item: def __init__(self, weight, value): self.weight = weight self.value = value # 定义节点类 class Node: def __init__(self, level, profit, weight, include): self.level = level # 当前层级 self.profit = profit # 当前节点的价值 self.weight = weight # 当前节点的重量 self.include = include # 当前节点的解向量 # 分支限界法求解0/1背包问题 def knapsack(items, capacity): n = len(items) # 物品个数 best_value = 0 # 最优解的价值 stack = [] # 用于存放待扩展的节点 root = Node(0, 0, 0, []) # 根节点 stack.append(root) while stack: node = stack.pop() # 取出待扩展的节点 level = node.level if level == n: # 到达叶子节点 if node.profit > best_value: # 更新最优解 best_value = node.profit best_include = node.include continue # 不选取第level个物品 exclude = Node(level + 1, node.profit, node.weight, node.include[:]) stack.append(exclude) # 选取第level个物品 weight = node.weight + items[level].weight if weight <= capacity: include = Node(level + 1, node.profit + items[level].value, weight, node.include + [level+1]) stack.append(include) # 剪枝,跳过超过背包容量的分支 bound = bound_value(items, level+1, capacity, node.profit, node.weight) if bound <= best_value: continue return best_value, best_include # 计算节点的上界 def bound_value(items, level, capacity, profit, weight): if weight >= capacity: # 超过背包容量,返回负无穷 return float('-inf') bound = profit while level < len(items) and weight + items[level].weight <= capacity: bound += items[level].value weight += items[level].weight level += 1 if level < len(items): bound += (capacity - weight) * items[level].value / items[level].weight return bound # 示例代码 items = [Item(16, 45), Item(15, 25), Item(15, 25)] capacity = 30 best_value, best_include = knapsack(items, capacity) print("最优解的价值:", best_value) print("最优解的选择:", best_include) ``` 该代码使用了一个节点栈来实现深度优先搜索,每次从栈中取出一个节点进行扩展。在扩展节点时,分别考虑不选取当前物品和选取当前物品两种情况,并计算节点的上界。通过剪枝,可以排除掉一些分支,提高搜索效率。最后返回最优解的价值和选择。 ### 回答3: 以下是采用分支界限算法实现的0/1背包问题的代码: ```c #include <iostream> #include <vector> #include <algorithm> using namespace std; struct Item { int weight; int value; }; bool compare(Item a, Item b) { double valuePerUnitA = (double) a.value / a.weight; double valuePerUnitB = (double) b.value / b.weight; return valuePerUnitA > valuePerUnitB; } double getBound(int i, int weight, int value, int W, vector<Item> items) { while (i < items.size() && weight + items[i].weight <= W) { weight += items[i].weight; value += items[i].value; i++; } if (i < items.size()) { value += items[i].value * (W - weight) / (double) items[i].weight; } return value; } int branchAndBound(int i, int weight, int value, int W, vector<Item> items, vector<int> &solution) { if (i >= items.size() || weight + items[i].weight > W) { return value; } solution[i] = 1; int withItem = branchAndBound(i + 1, weight + items[i].weight, value + items[i].value, W, items, solution); solution[i] = 0; int withoutItem = branchAndBound(i + 1, weight, value, W, items, solution); return max(withItem, withoutItem); } int main() { int n = 3; vector<Item> items = {{16, 45}, {15, 25}, {15, 25}}; int W = 30; vector<int> solution(n, 0); sort(items.begin(), items.end(), compare); int maxValue = branchAndBound(0, 0, 0, W, items, solution); cout << "最大价值为:" << maxValue << endl; cout << "选择的物品为:"; for (int i = 0; i < n; i++) { if (solution[i] == 1) { cout << i + 1 << " "; } } cout << endl; return 0; } ``` 上述代码通过定义了一个结构体Item来表示每个物品的重量和价值,然后实现了一个自定义比较函数compare来根据单位重量的价值进行排序。getBound函数用于计算当前节点的上界,branchAndBound函数实现了分支界限算法的递归求解过程。最后,在主函数中,定义了问题的输入数据和解向量,通过调用branchAndBound函数求解问题,并输出最优解。

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