C++回溯與分支限界算法分別解決背包問(wèn)題詳解
算法思想
分支限界法與回溯法的求解目標(biāo)不同。
回溯法的求解目標(biāo)是找出解空間中滿(mǎn)足約束條件的所有解,而分支限界法的求解目標(biāo)則是找出滿(mǎn)足約束條件的一個(gè)解,或是在滿(mǎn)足約束條件的解中找出使某一目標(biāo)函數(shù)值達(dá)到極大或極小的解,即在某種意義下的最優(yōu)解。
由于求解目標(biāo)不同,導(dǎo)致分支限界法與回溯法對(duì)解空間的搜索方式也不相同。
回溯法以深度優(yōu)先的方式搜索解空間,而分支限界法則以廣度優(yōu)先或以最小耗費(fèi)優(yōu)先的方式搜索解空間。
回溯法對(duì)解空間做深度優(yōu)先搜索時(shí),有遞歸回溯和迭代回溯(非遞歸)兩種方法,但一般情況下用遞歸方法實(shí)現(xiàn)回溯法。
常見(jiàn)的兩種分支限界法
先進(jìn)先出(FIFO)隊(duì)列式:在先進(jìn)先出的分支限界法中,用隊(duì)列作為組織活結(jié)點(diǎn)表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),并按照隊(duì)列先進(jìn)先出的原則選擇結(jié)點(diǎn)作為擴(kuò)展結(jié)點(diǎn)。
優(yōu)先隊(duì)列(PQ):用優(yōu)先隊(duì)列作為組織活結(jié)點(diǎn)表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
回溯代碼
#include<stdio.h>
int n,c,bestp;//物品的個(gè)數(shù),背包的容量,最大價(jià)值
int p[10000],w[10000],x[10000],bestx[10000];//物品的價(jià)值,物品的重量,x[i]暫存物品的選中情況,物品的選中情況
void Backtrack(int i,int cp,int cw)
{ //cw當(dāng)前包內(nèi)物品重量,cp當(dāng)前包內(nèi)物品價(jià)值
int j;
if(i>n)//回溯結(jié)束
{
if(cp>bestp)
{
bestp=cp;
for(i=0;i<=n;i++) bestx[i]=x[i];
}
}
else
for(j=0;j<=1;j++)
{
x[i]=j;
if(cw+x[i]*w[i]<=c)
{
cw+=w[i]*x[i];
cp+=p[i]*x[i];
Backtrack(i+1,cp,cw);
cw-=w[i]*x[i];
cp-=p[i]*x[i];
}
}
}
int main()
{
int i;
bestp=0;
printf("請(qǐng)輸入背包最大容量:\n");
scanf("%d",&c);
printf("請(qǐng)輸入物品個(gè)數(shù):\n");
scanf("%d",&n);
printf("請(qǐng)依次輸入物品的重量:\n");
for(i=1;i<=n;i++)
scanf("%d",&w[i]);
printf("請(qǐng)依次輸入物品的價(jià)值:\n");
for(i=1;i<=n;i++)
scanf("%d",&p[i]);
Backtrack(1,0,0);
printf("最大價(jià)值為:\n");
printf("%d\n",bestp);
printf("被選中的物品依次是(0表示未選中,1表示選中)\n");
for(i=1;i<=n;i++)
printf("%d ",bestx[i]);
printf("\n");
return 0;
}回溯結(jié)果

分支限界代碼
#include<iostream>
#include<queue>
using namespace std;
const int maxn=99;
int n,c;
int w[maxn];
int v[maxn];
int bestv=0;
int bestx[maxn];
int total=1; //解空間中的節(jié)點(diǎn)數(shù)累計(jì),全局變量
struct nodetype //隊(duì)列中的結(jié)點(diǎn)類(lèi)型
{
int no; //結(jié)點(diǎn)編號(hào),從1開(kāi)始
int i; //當(dāng)前結(jié)點(diǎn)在搜索空間中的層次
int w; //當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的總重量
int v; //當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的總價(jià)值
int x[maxn]; //當(dāng)前結(jié)點(diǎn)包含的解向量
double ub; //上界
};
void input()
{
cout<<"請(qǐng)輸入物品的個(gè)數(shù):"<<endl;
cin>>n;
cout<<"請(qǐng)輸入每個(gè)物品的重量及價(jià)值(如5 4):"<<endl;
for(int i = 1; i <= n; i++)
{
cin>>w[i]>>v[i];
}
cout<<"請(qǐng)輸入背包的容量:"<<endl;
cin>>c;
}
void bound(nodetype &e) //計(jì)算分支結(jié)點(diǎn)e的上界
{
int i=e.i+1; //考慮結(jié)點(diǎn)e的余下物品
int sumw=e.w;
double sumv=e.v;
while((sumw+w[i]<=c)&&i<=n)
{
sumw+=w[i];
sumv+=v[i];
i++;
}
if(i<=n) //余下物品只能部分裝入
e.ub=sumv+(c-sumw)*v[i]/w[i];
else e.ub=sumv;
}
void enqueue(nodetype e,queue<nodetype> &qu)
//結(jié)點(diǎn)e進(jìn)隊(duì)qu
{
if(e.i==n) //到達(dá)葉子節(jié)點(diǎn),不在擴(kuò)展對(duì)應(yīng)一個(gè)解
{
if(e.v>bestv) //找到更大價(jià)值的解
{
bestv=e.v;
for(int j=1;j<=n;j++)
bestx[j]=e.x[j];
}
}
else qu.push(e); //非葉子結(jié)點(diǎn)進(jìn)隊(duì)
}
void bfs()
{
int j;
nodetype e,e1,e2;
queue<nodetype> qu;
e.i=0;
e.w=0;
e.v=0;
e.no=total++;
for(j=1;j<=n;j++)
e.x[j]=0;
bound(e);
qu.push(e);
while(!qu.empty())
{
e=qu.front();qu.pop(); //出隊(duì)結(jié)點(diǎn)e
if(e.w+w[e.i+1]<=c) //剪枝,檢查左孩子結(jié)點(diǎn)
{
e1.no=total++; //建立左孩子結(jié)點(diǎn)
e1.i=e.i+1;
e1.w=e.w+w[e1.i];
e1.v=e.v+v[e1.i];
for(j=1;j<=n;j++)
e1.x[j]=e.x[j];
e1.x[e1.i]=1;
bound(e1); //求左孩子的上界
enqueue(e1,qu); //左孩子結(jié)點(diǎn)進(jìn)隊(duì)
}
e2.no=total++;
e2.i=e.i+1;
e2.w=e.w;
e2.v=e.v;
for(j=1;j<=n;j++)
e2.x[j]=e.x[j];
e2.x[e2.i]=0;
bound(e2);
if(e2.ub>bestv) //若右孩子結(jié)點(diǎn)可行,則進(jìn)隊(duì),否則被剪枝
enqueue(e2,qu);
}
}
void output()
{
cout<<"最優(yōu)值是:"<<bestv<<endl;
cout<<"(";
for(int i=1;i<=n;i++)
cout<<bestx[i]<<" ";
cout<<")";
}
int main()
{
input();
bfs();
output();
return 0;
} 分支限界結(jié)果

到此這篇關(guān)于C++回溯與分支限界算法分別解決背包問(wèn)題詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++背包問(wèn)題內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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