以图例法详细描述分支限界法0-1背包问题搜索解的过程
时间: 2023-08-01 22:09:42 浏览: 124
下面,我以一个简单的例子来详细描述分支限界法求解0-1背包问题的搜索过程。假设有以下4个物品,背包容量为7,求解背包所能容纳物品的最大价值:
| 物品编号 | 重量 | 价值 |
| -------- | ---- | ---- |
| 1 | 3 | 4 |
| 2 | 4 | 5 |
| 3 | 2 | 3 |
| 4 | 1 | 1 |
1. 初始化活结点表。初始化时,活结点表包含一个根节点,其表示一个空解,即不选取任何物品,此时背包的价值为0,剩余容量为7。
2. 扩展结点。从活结点表中选择上界最大的结点进行扩展。由于根节点是唯一的结点,因此扩展根节点,得到两个子节点,表示分别选择物品1和不选择物品1,其状态分别为(1,4,3)和(0,7,0)。
3. 计算上界。对于每个子节点,计算其上界值。对于选择物品1的子节点,其剩余容量为4,因此可以选择物品3或物品4,选择物品3的价值为7,选择物品4的价值为5,因此其上界为9。对于不选择物品1的子节点,剩余容量为7,可以选择物品2、物品3或物品4,选择物品2的价值为5,选择物品3的价值为3,选择物品4的价值为1,因此其上界为5。
4. 更新活结点表。将扩展的子节点插入活结点表中,根据其上界值排序。
5. 扩展结点。从活结点表中选择上界最大的结点进行扩展。选择物品1的子节点的上界值最大,因此扩展该节点,得到两个子节点,表示分别选择物品3、选择物品4和不选取任何物品,其状态分别为(1,1,1)和(1,3,0)。
6. 计算上界。对于选择物品3的子节点,剩余容量为1,无法选择其他物品,因此其上界值为7。对于选择物品4的子节点,剩余容量为2,无法选择其他物品,因此其上界值为5。对于不选择任何物品的子节点,剩余容量为3,可以选择物品2、物品3或物品4,选择物品2的价值为5,选择物品3的价值为3,选择物品4的价值为1,因此其上界为4。
7. 更新活结点表。将扩展的子节点插入活结点表中,根据其上界值排序。
8. 扩展结点。从活结点表中选择上界最大的结点进行扩展。选择物品3的子节点的上界值最大,因此扩展该节点,得到一个子节点,表示选择物品4,其状态为(1,0,2)。
9. 计算上界。由于选择物品4后,剩余容量为2,无法选择其他物品,因此其上界值为4。
10. 更新活结点表。将扩展的子节点插入活结点表中,根据其上界值排序。
11. 扩展结点。从活结点表中选择上界最大的结点进行扩展。选择物品4的子节点的上界值最大,因此扩展该节点,得到一个子节点,表示不选取任何物品,其状态为(1,1,0)。
12. 计算上界。由于不选取任何物品后,剩余容量为3,可以选择物品2或物品3,选择物品2的价值为5,选择物品3的价值为3,因此其上界为4。
13. 更新活结点表。将扩展的子节点插入活结点表中,根据其上界值排序。
14. 扩展结点。从活结点表中选择上界最大的结点进行扩展。选择上界最大的子节点已经被扩展,因此停止搜索。
15. 输出最优解。最优解为选择物品1和物品3,价值为7。
通过上述过程,分支限界法求解0-1背包问题的搜索过程得以完成。在搜索过程中,对于每个活结点,都计算了其上界值,并按照上界值从大到小的顺序进行扩展。通过不断扩展活结点,逐步逼近最优解,并在搜索到最优解之后停止搜索,从而有效地减少了搜索空间,提高了搜索效率。
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