回溯法解01背包问题

回溯法解01背包问题概念 回溯法采用深搜 剪枝来搜索生成树 步骤 1 假设规定左叉标 1 代表选择该物品装入背包 右叉标 0 代表不选择该物品装入背包 给定示例输入 背包容量 c 10 物品个数 n 5 物品重量 w 2 2 6 5 4 物品价格 p 6 3 5 4 6 注意 左子树的解的上界与父节点相同 不用计算 右子树的解的界值 较好的就算方法是将剩余物品依其单位重量价

概念:

  回溯法采用深搜+剪枝来搜索生成树:

步骤:

1.

假设规定左叉标1(代表选择该物品装入背包),右叉标0(代表不选择该物品装入背包)。给定示例输入:

背包容量c=10

物品个数n=5

物品重量w={2,2,6,5,4}

物品价格p={6,3,5,4,6}

注意:

    左子树的解的上界与父节点相同,不用计算。右子树的解的界值:较好的就算方法是将剩余物品依其单位重量价值排序,然后依次装入物品,直到装不下时,再装入该物品的一部分来装满背包。由此得到的价值是右子树中解的上界(尽管这不是一个可行解,但可以证明其价值是最优值的上界)。—–每次进入右子树之前都会计算右子树的界,如果右子树的界大于当前的界,则才能进入右子树(即右子树的界满足约束条件)。每走到一个叶结点时就更新当前的界。

预处理:将物品按照单位重量的价格排序如下:

              物品重量w={2,2,4,6,5}

              物品价格p={6,3,6,5,4}

   界的计算:

                2号结点的界:(3+6)+(10-2-4)*(5/6)=12.333;

                4号结点的界:6+6+(10-2-4)*(5/6)=15.33;

                8号结点的界:(6+3+5)+(10-2-2-6)*(4/5) = 14

                16号结点的界:(6+3+6)+(10-2-2-4)*(4/5)=16.6 (计算机处理float类型的16.6的表示形式是16.)               

生成树的表示:
 

回溯法解01背包问题

2.程序运行时。从0结点开始出发:只要遇到1就一直往左走(先逐个将物品装入背包,直到装不下再向右走),直到背包装不下物品,才想右走。

程序的路线图:0-1-3-7结点(选择1,2,3号物品装入背包),当要走15结点时,发现背包超重了,(即4号物品放弃装包) ,此时向右走到16结点。对16结点进行判定:16结点的界是16.6,大于当前界0(初始的界为0),所以可以向右走到16结点,然后遇到1,向左走到33结点,选择5号物品装包,又超重了,故向右有,5号不装包。34结点的界满足要求,可以向右走到34结点,此时已经走到了一个叶结点(34结点),所以将,更新当前界的值(初始时当前界的值设为0),此时当前界的值从0变到了15.

然后从34回溯到16–>7–>3,马上要进入8结点了,经计算,8结点的界为(6+3+5)+(10-2-2-6)*(4/5) = 14<15,故8结点不能走,再回溯到1,对4结点判定,可走。然后到9,再走19超重,那就向右走20,接着走41超重,走42,它的界为12<15不满足约束条件,故12结点不能走,因为还没走到叶结点,所以当前的界仍然是15,----回溯到4,走10不行,回溯到0,走2,不行。至此:回溯的递归调用结束。从生成树的遍历路径知道:最佳方案:应该选1,2,3号物品装包。

代码实现:

#include 
  
    #include 
   
     using namespace std; class Knap { friend int knapsack(int *,int *,int ,int); private: float Bound(int i); void Backtrack(int i); int c; //背包容量 int n; //物品数 int *w; //物品重量数组 int *p; //物品价值数组 int cw; //当前重量 int cp; //当前价值 int bestp; //当前最优价值 }; void Knap::Backtrack(int i) { if (i > n) { //到达叶结点 bestp = cp; return; } if (cw + w[i] <= c) { //进入左子树 cw += w[i]; cp += p[i]; Backtrack(i + 1); cw -= w[i]; cp -= p[i]; } // float u=Bound(i + 1); // float bb=bestp; //当前的界是否大于背包当前的值 if (Bound(i + 1) > bestp) { //进入右子树 Backtrack(i + 1); } } float Knap::Bound(int i) { //计算上界 int cleft = c - cw; //剩余容量 float b = cp; //以物品单位重量价值递减序装入物品 while (i <= n && w[i] <= cleft) { cleft -= w[i]; b += p[i]; i++; } //装满背包 if (i <= n){ float aa=p[i] * cleft; float bb=w[i]; float temp=aa/bb; //注意:如果这样写:float temp=p[i] * cleft/w[i];则temp计算出来是整数,因为右边是先按整数来算,再将int转float; b += temp; cout< 
    
      = a.d); } private: int ID; float d; }; int knapsack(int p[], int w[], int c, int n) { //为Knap: Backtrack初始化 int W = 0; int P = 0; Object * Q = new Object[n]; for (int i = 1; i <= n; i++) { Q[i - 1].ID = i; Q[i - 1].d = 1.0 * p[i]/w[i]; //cout< 
      
     
    
  

 

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