优先队列式分支限界法求解0-1背包问题时,计算结点上界值时所用算法思想是什么?简单描述该算法思想。

时间: 2024-04-04 21:30:46 浏览: 140
在优先队列式分支限界法求解0-1背包问题时,计算结点上界值的算法思想是贪心算法。具体来说,对于每个未被扩展的结点,我们根据当前背包中物品的总价值和剩余物品的总价值,计算出一个上界值,然后将该结点加入到优先队列中。 计算结点上界值的方法是,在当前结点的基础上,将剩余的物品按照单位价值从大到小排序,然后依次将单位价值最高的物品放入背包中,直到背包装满或者已经放入了所有的物品。如果在放入了部分物品后背包已经装满了,那么我们可以将最后一个物品按照容量比例放入背包中,使得背包恰好装满。 这种方法的思想是,优先选择单位价值最高的物品,这样可以确保当前结点的价值上界是最优的。同时,由于我们按照单位价值排序,所以剩余物品中的单位价值都不会大于当前结点中的物品,因此可以保证剩下的物品能够全部放入背包中。 总的来说,这种基于贪心算法的方法可以快速计算出每个结点的上界值,并且保证上界值是最优的,从而提高了优先队列式分支限界法求解0-1背包问题的效率。
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先进先出队列式分支限界法求解0-1背包问题用c++完整代码

以下是使用先进先出队列式分支限界法求解0-1背包问题的完整C代码: ``` #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #define MAX_SIZE 100 //物品结构体 typedef struct _item{ int weight; //重量 int value; //价值 int bound; //价值上界 }Item; //结点结构体 typedef struct _node{ int level; //决策树层数 int profit; //当前已获得的价值 int weight; //当前已占用的重量 int bound; //价值上界 int select[MAX_SIZE]; //选择情况 }Node; //队列结构体 typedef struct _queue{ Node elem[MAX_SIZE]; //队列元素 int front; //队头指针 int rear; //队尾指针 }Queue; //初始化队列 void initQueue(Queue *q){ q->front = q->rear = 0; } //判断队列是否为空 int isEmpty(Queue *q){ if(q->front == q->rear) return 1; else return 0; } //进队列 void enqueue(Queue *q, Node n){ if((q->rear+1)%MAX_SIZE == q->front){ printf("Queue is full!\n"); exit(1); } q->elem[q->rear] = n; q->rear = (q->rear+1)%MAX_SIZE; } //出队列 Node dequeue(Queue *q){ if(isEmpty(q)){ printf("Queue is empty!\n"); exit(1); } Node n = q->elem[q->front]; q->front = (q->front+1)%MAX_SIZE; return n; } //计算结点的价值上界 int bound(Node n, int nItems, Item items[]){ int j, k; int totalWeight; int boundValue; //剩余物品全部装入背包 if(n.weight >= items[n.level].weight){ boundValue = n.profit; totalWeight = n.weight; for(j=n.level+1; j<nItems; j++){ if(totalWeight+items[j].weight <= MAX_SIZE){ totalWeight += items[j].weight; boundValue += items[j].value; }else{ k = MAX_SIZE-totalWeight; boundValue += (int)(k*(items[j].value/items[j].weight)); break; } } } //剩余物品不能全部装入背包 else{ boundValue = n.profit+(int)((MAX_SIZE-n.weight)*(items[n.level].value/items[n.level].weight)); totalWeight = MAX_SIZE; } return boundValue; } //先进先出队列式分支限界法 int knapsack(int nItems, Item items[], int capacity, int *solution){ Queue q; Node u, v; int i; initQueue(&q); //初始化根结点 u.level = -1; u.profit = 0; u.weight = 0; //计算根结点的价值上界 u.bound = bound(u, nItems, items); enqueue(&q, u); int maxProfit = 0; while(!isEmpty(&q)){ u = dequeue(&q); //如果结点的价值上界小于当前最优解,则剪枝 if(u.bound <= maxProfit) continue; //扩展结点 if(u.level < nItems-1){ //不选当前物品 v.level = u.level+1; v.weight = u.weight; v.profit = u.profit; v.bound = bound(v, nItems, items); for(i=0; i<=u.level; i++){ v.select[i] = u.select[i]; } v.select[v.level] = 0; enqueue(&q, v); //选当前物品 v.level = u.level+1; v.weight = u.weight+items[v.level].weight; v.profit = u.profit+items[v.level].value; v.bound = bound(v, nItems, items); for(i=0; i<=u.level; i++){ v.select[i] = u.select[i]; } v.select[v.level] = 1; //更新当前最优解 if(v.profit > maxProfit){ maxProfit = v.profit; for(i=0; i<nItems; i++){ solution[i] = v.select[i]; } } //如果结点的价值上界大于当前最优解,则加入队列 if(v.bound > maxProfit){ enqueue(&q, v); } } } return maxProfit; } int main(){ int nItems = 5; Item items[5] = {{2, 12, 0}, {1, 10, 0}, {3, 20, 0}, {2, 15, 0}, {5, 25, 0}}; int capacity = 8; int solution[5] = {0}; int maxProfit = knapsack(nItems, items, capacity, solution); printf("Total profit: %d\n", maxProfit); printf("Solution: "); for(int i=0; i<nItems; i++){ printf("%d ", solution[i]); } printf("\n"); return 0; } ``` 其中,Item结构体存储物品的重量、价值和价值上界;Node结构体存储结点的决策树层数、当前已获得的价值、当前已占用的重量、价值上界和选择情况;Queue结构体为先进先出队列。在主函数中,定义了5个物品,背包容量为8,使用solution数组存储选中的物品,最终输出了最大价值和选择情况。

分支限界法求解0-1背包问题,规定物品数量为10,背包容量为50,输入为20个数,前十个为物品重量,后十个数为物品价值,键盘输入C语言代码

以下是使用分支限界法求解0-1背包问题的C语言代码: ```c #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #define N 10 // 物品数量 #define C 50 // 背包容量 typedef struct { int weight; // 物品重量 int value; // 物品价值 float bound; // 松弛上界 int level; // 结点所在层数 } Node; int max_value = 0; // 最大价值 int max_weight[N+1] = {0}; // 最大价值对应的物品重量 void knapsack(int *w, int *v) { Node queue[100]; // 结点队列 int front = 0, rear = 0; // 队头和队尾指针 Node u, v1; // 初始化根结点 u.level = 0; u.weight = 0; u.value = 0; u.bound = 0; queue[rear++] = u; while (front < rear) { // 取出队头结点 u = queue[front++]; if (u.level == N) { // 叶结点 if (u.value > max_value) { max_value = u.value; for (int i = 0; i < N; i++) { max_weight[i] = 0; } for (int i = N-1; i >= 0; i--) { if (u.weight >= w[i]) { max_weight[i] = 1; u.weight -= w[i]; } else { max_weight[i] = u.weight / w[i]; break; } } } continue; } // 计算左儿子结点的松弛上界 v1.level = u.level + 1; v1.weight = u.weight + w[v1.level - 1]; v1.value = u.value + v[v1.level - 1]; if (v1.weight <= C) { v1.bound = v1.value; for (int i = v1.level; i < N; i++) { if (v1.weight + w[i] <= C) { v1.weight += w[i]; v1.value += v[i]; } else { v1.bound += (C - v1.weight) * 1.0 / w[i] * v[i]; break; } } if (v1.bound > max_value) { // 产生新结点 queue[rear++] = v1; } } // 计算右儿子结点的松弛上界 v1.level = u.level + 1; v1.weight = u.weight; v1.value = u.value; v1.bound = v1.value; for (int i = v1.level; i < N; i++) { if (v1.weight + w[i] <= C) { v1.weight += w[i]; v1.value += v[i]; } else { v1.bound += (C - v1.weight) * 1.0 / w[i] * v[i]; break; } } if (v1.bound > max_value) { // 产生新结点 queue[rear++] = v1; } } } int main() { int w[N], v[N]; printf("请输入%d个数,前%d个为物品重量,后%d个为物品价值:\n", N*2, N, N); for (int i = 0; i < N; i++) { scanf("%d", &w[i]); } for (int i = 0; i < N; i++) { scanf("%d", &v[i]); } knapsack(w, v); printf("最大价值:%d\n", max_value); printf("选择的物品重量为:"); for (int i = 0; i < N; i++) { printf("%d ", max_weight[i] * w[i]); } printf("\n"); return 0; } ```
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