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帮我用java语言解决基于优先队列式分支限界法解决装载问题,给出实例具体展示,给出具体实现代码

时间: 2023-12-31 18:07:14 浏览: 97
下面是基于优先队列式分支限界法解决装载问题的Java代码实现。 ```java import java.util.*; public class KnapsackProblem { static class Item implements Comparable<Item> { int weight; int value; double density; public Item(int weight, int value) { this.weight = weight; this.value = value; this.density = (double) value / weight; } @Override public int compareTo(Item other) { if (this.density > other.density) { return -1; } else if (this.density < other.density) { return 1; } else { return 0; } } } static class Node implements Comparable<Node> { int level; int profit; int weight; boolean[] include; public Node(int level, int profit, int weight, boolean[] include) { this.level = level; this.profit = profit; this.weight = weight; this.include = include.clone(); } @Override public int compareTo(Node other) { return Integer.compare(other.profit, this.profit); } } public static int knapsack(int capacity, int[] weights, int[] values) { int n = weights.length; Item[] items = new Item[n]; for (int i = 0; i < n; i++) { items[i] = new Item(weights[i], values[i]); } Arrays.sort(items); PriorityQueue<Node> queue = new PriorityQueue<>(); boolean[] initialInclude = new boolean[n]; queue.offer(new Node(-1, 0, 0, initialInclude)); int maxProfit = 0; while (!queue.isEmpty()) { Node node = queue.poll(); if (node.level == n - 1) { if (node.profit > maxProfit) { maxProfit = node.profit; } continue; } int level = node.level + 1; boolean[] include = node.include.clone(); include[level] = true; int weight = node.weight + items[level].weight; if (weight <= capacity) { int profit = node.profit + items[level].value; queue.offer(new Node(level, profit, weight, include)); } int bound = bound(level, capacity, items, node); if (bound > maxProfit) { queue.offer(new Node(level, node.profit, node.weight, node.include.clone())); } } return maxProfit; } private static int bound(int level, int capacity, Item[] items, Node node) { int profit = node.profit; int weight = node.weight; for (int i = level + 1; i < items.length; i++) { if (weight + items[i].weight <= capacity) { weight += items[i].weight; profit += items[i].value; } else { profit += (capacity - weight) * items[i].density; break; } } return profit; } public static void main(String[] args) { int capacity = 50; int[] weights = {10, 20, 30}; int[] values = {60, 100, 120}; int maxProfit = knapsack(capacity, weights, values); System.out.println("Maximum profit is: " + maxProfit); } } ``` 在上面的代码中,我们定义了两个内部类`Item`和`Node`。`Item`表示物品,包含重量、价值和价值密度;`Node`表示搜索树中的节点,包含当前层数、当前总价值、当前总重量和是否选择了每个物品。 我们首先将物品按照价值密度从大到小排序,然后使用优先队列保存搜索树中的节点。每次从队列中取出价值最大的节点,根据它的状态进行分支。如果选择当前物品能够放入背包,则生成一个新节点,加入队列中。如果选择当前物品不能放入背包,则计算当前节点的上界,如果该上界大于当前最优解,则生成一个新节点,加入队列中。 最后,我们输出得到的最大价值即可。
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cpp
#include #include #include #include using namespace std; ifstream infile; ofstream outfile; class Node { friend int func(int*, int, int, int*); public: int ID; double weight;//物品的重量 }; bool comp1(Node a, Node b) //定义比较规则 { return a.weight > b.weight; } class Load; class bbnode; class Current { friend Load; friend struct Comp2; private: int upweight;//重量上界 int weight;//结点相应的重量 int level;//活结点在子集树中所处的层次 bbnode* ptr;//指向活结点在子集树中相应结点的指针 }; struct Comp2 { bool operator () (Current *x, Current *y) { return x->upweightupweight; } }; class Load { friend int func(int*, int, int, int*); public: int Max0(); private: priority_queue<Current*, vector, Comp2>H;//利用优先队列(最大堆)储存 int limit(int i); void AddLiveNode(int up, int cw, bool ch, int level); bbnode *P;//指向扩展结点的指针 int c;//背包的容量 int n;//物品的数目 int *w;//重量数组 int cw;//当前装载量 int *bestx;//最优解方案数组 }; class bbnode { friend Load; friend int func( int*, int, int, int*); bbnode* parent; bool lchild; }; //结点中有双亲指针以及左儿子标志 int Load::limit(int i) //计算结点所相应重量的上界 { int left,a; left= c - cw;//剩余容量 a = cw; //b是重量上界,初始值为已经得到的重量 while (i <= n && w[i] parent = P; b->lchild = ch; Current* N = new Current; N->upweight = up; N->weight = cw; N->level = level; N->ptr = b; H.push(N); } int Load::Max0() { int i = 1; P = 0; cw = 0; int bestw = 0; int up = limit(1); while (i != n + 1) { int wt = cw + w[i]; //检查当前扩展结点的左儿子结点 if (wt bestw) bestw =wt; AddLiveNode(up,wt, true, i + 1); } up = limit(i + 1); //检查当前扩展结点的右儿子结点 if (up >= bestw)//如果右儿子可行 { AddLiveNode(up,cw, false, i + 1); } Current* N = H.top(); //取队头元素 H.pop(); P = N->ptr; cw = N->weight; up = N->upweight; i = N->level; } bestx = new int[n + 1]; for (int j = n; j > 0; --j) { bestx[j] = P->lchild; P = P->parent; } return cw; } int func(int *w, int c, int n, int *bestx) //调用Max0函数对子集树的优先队列式进行分支限界搜索 { int W = 0; //初始化装载的总质量为0 Node* Q = new Node[n]; for (int i = 0; i < n; ++i) { Q[i].ID = i + 1; Q[i].weight = w[i+1]; W += w[i+1]; } if (W <= c)//如果足够装,全部装入 return W; sort(Q, Q + n, comp1); //首先,将各物品按照重量从大到小进行排序; Load K; K.w = new int[n + 1]; for (int j = 0; j < n; j++) K.w[j + 1] = w[Q[j].ID]; K.cw = 0; K.c = c; K.n = n; int bestp = K.Max0(); for (int k = 0; k < n; k++) { bestx[Q[k].ID] = K.bestx[k + 1]; } delete []Q; delete []K.w; delete []K.bestx; return bestp; } int main() { int*w,*Final; int c,n,i,best; infile.open("input.txt",ios::in); if(!infile) { cerr<<"open error"<>c; infile>>n; w=new int[n+1]; for(i=1;i>w[i]; infile.close(); Final = new int[n+1]; best = func( w, c, n, Final); outfile.open("output.txt",ios::out); if(!outfile) { cerr<<"open error"<<endl; exit(1); } outfile << best << endl; for (int i = 1; i <= n; ++i) { outfile<<Final[i]<<" "; } outfile.close(); return 0; }

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