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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