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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <bitset>
#include <math.h>
#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;
typedef struct node{
double up;//结点的价值上界
double v;//结点对应的价值
int w;//结点对应的重量
int level;//结点在数组中的位置
}Node;
Node node;
bool operator < (Node a,Node b)
{
return a.up < b.up;
}
priority_queue<Node> que;
int n,m;//n,m为物品数量和背包体积
int maxv;//最大价值
int *x;//记录选中情况
int *w,*v;//w为物品体积,v为物品价值
int V[100][100];//备忘录
//穷举法
int Exhaustive()
{
int num,maxn=0;//maxv为最大价值,maxn为选择序列
maxv = 0;
int tempw, tempv;
int k;
for (num=0; num < pow(2,n); num++) //每一个num对应一个解
{
k=num;
tempw=tempv=0;
for (int i=0; i<n; i++) //n位二进制
{
if (k%2 == 1){ //如果相应的位等于1,则代表物体放进去,如果是0,就不用放了
tempw += w[i];
tempv += v[i];
}
k = k/2; //二进制右移一位
}
//循环结束后,一个解生成
//判断是否超过了背包的容积
if (tempw <= m){
if (tempv > maxv){ //如果没有超,判断当前解是否比最优解更好
maxv = tempv;
maxn = num;
}
}
}
cout<< "穷举法选择的序列" << bitset<sizeof(unsigned int)*3>(maxn)<<endl;
return maxv;
}
//动态规划算法
int Dynamic()
{
//初始化
for (int i=0; i<=n; i++)
for(int j=0; j<=m; j++)
V[i][j] = 0;
for (int i=1; i<=n; i++)
{
for (int j=1; j<=m; j++)
{
if (j < w[i-1]) //j < 第i个物品的体积
V[i][j]=V[i-1][j];
else
V[i][j]=max(V[i-1][j], V[i-1][j-w[i-1]]+v[i-1]);
}
}
//判断哪些被选中
int j=m;
for (int i=n; i>=1; i--)
{
if (V[i][j] > V[i-1][j]) {
x[i] = 1;
j = j-w[i-1];
}
else
x[i] = 0;
}
cout<<"动态规划选择的序列:";
for (int i=1; i<=n; ++i)
cout<<x[i];
cout<<endl;
return V[n][m];
}
//自顶向下的备忘录法
int RecordSolve(int i, int j)//前i个物品装入体积为j的包
{
if (V[i][j] != -1)//已经计算过了
return V[i][j];
int result = 0;
if (i >= n)//i从0到n-1
return result;
if (w[i] > j)//装不下
V[i][j] = RecordSolve(i+1, j);
else
V[i][j] = max(RecordSolve(i+1, j), RecordSolve(i+1, j - w[i])+v[i]);
return V[i][j];
}
int Record()
{
//初始化
for (int i=0; i<=n; i++)
for(int j=0; j<=m; j++)
V[i][j] = -1;
return RecordSolve(0, m);
}
//回溯法:深度优先(递归)
//cw当前包内物品体积,cv当前包内物品价值
//剪枝函数:计算剩余物品的最高价值上界
double bound(int i, int cv, int cw, int* v, int* w)
{
double maxLeft = cv;//价值上界
int wleft = m - cw;//剩余空间
while (i < n && w[i] <= wleft)
{
wleft -= w[i];
maxLeft += v[i];
i++;
}
//装不下时,用下一个物品的单位重量价值折算到剩余空间推测
if (i < n) maxLeft += v[i] / w[i] * wleft;
return maxLeft;
}
void DfsTraceback(int i, int cv, int cw, int* tmp)
{
if (i >= n) {//回溯结束
if (cv > maxv) {
maxv = cv;
for (int i = 0; i <= n; ++i) x[i] = tmp[i];
}
return;
}
//装入物品,搜索左边结点
if (cw + w[i] <= m) {
cw += w[i];
cv += v[i];
tmp[i] = 1;
DfsTraceback(i+1, cv, cw, tmp);
cw -= w[i];
cv -= v[i];
tmp[i] = 0;
}
//不装入这个物品,直接搜索右边的结点
if (bound(i+1, cv, cw, v, w) >= maxv) DfsTraceback(i+1, cv, cw, tmp);
}
int Dfs()
{
int tmp[n+1];//一种解,暂存一种选择情况
//初始化
for (int i=0; i<=n; i++) tmp[i]=0;
maxv=0;
DfsTraceback(0,0,0,tmp);
cout<<"回溯法选择的序列:";
for(int i=0; i<n; i++) cout<<x[i];
cout<<endl;
return maxv;
}
//排序(降序)
void Sort(double* v_w, int* v, int* w)//n为数组a的元素个数
{
//进行N-1轮选择
for(int i=0; i<n-1; i++)
{
int max_index = i;
//找出第i大的数所在的位置
for(int j=i+1; j<n; j++)
if(v_w[j] > v_w[max_index])
max_index = j;
//将第i小的数,放在第i个位置;如果刚好,就不用交换
if( i != max_index)
{
double tempv_w = v_w[i];
int tempw = w[i], tempv = v[i];
v_w[i] = v_w[max_index];
v[i] = v[max_index];
w[i] = w[max_index];
v_w[max_index] = tempv_w;
v[max_index] = tempv;
w[max_index] = tempw;
}
}
}
//分支限界法
void addLiveNode(double up, int cv, int cw, int level)
{
node.up = up;
node.v = cv;
node.w = cw;
node.level = level;
if (level <= n) que.push(node);
}
void BfsTraceback(int* v, int* w)
{
int i = 0;
int cv = 0, cw = 0;
double up = bound(i, cv, cw, v, w); //计算价值上界
while (i != n)
{
//检查当前扩展结点的左结点是否可行
if (cw + w[i] <= m) {
if (cv + v[i] > maxv) maxv = cv + v[i];
//将左孩子结点插入到优先队列中
addLiveNode(up, cv+v[i], cw+w[i], i+1);
}
up = bound(i+1, cv, cw, v, w);
if (up > maxv) {//右子树可能有最优解
//将右孩子结点插入到优先队列
addLiveNode(up, cv, cw, i+1);
}
if (que.empty())
return;
//从优先队列中取下一个扩展结点N
Node node = que.top();
que.pop();
//cout<<node.v<<" ";
cw = node.w;
cv = node.v;
up = node.up;
i = node.level;
}
}
int Bfs()
{
int tmp[n+1];//一种解,暂存一 种选择情况
int tmpw[n], tmpv[n];
double tmpv_w[n];//存储重新排序的v[n]/w[n]和w[n]
//初始化
for (int i=0; i<=n; i++) tmp[i]=0;
maxv=0;
for (int i=0; i<n; i++) tmpv_w[i] = (double)v[i]/w[i];
for (int i=0; i<n; i++) tmpv[i] = v[i];
for (int i=0; i<n; i++) tmpw[i] = w[i];
//物品按照单位价值率排序
Sort(tmpv_w, tmpv, tmpw);
BfsTraceback(tmpv,tmpw);
return maxv;
}
//蒙特卡罗算法
int MonteCarlo()
{
int k, tempw, tempv, maxn=0;
maxv=0;
srand((unsigned)time(NULL));
for (int i=0; i<1000; i++)
{
k=rand() % (int)pow(2,n);
tempw=tempv=0;
for (int i=0; i<n; i++) //n位二进制
{
if (k%2 == 1){ //如果相应的位等于1,则代表物体放进去,如果是0,就不用放了
tempw += w[i];
tempv += v[i];
}
k = k/2; //二进制右移一位
}
//循环结束后,一个解生成
//判断是否超过了背包的容积
if (tempw <= m){
if (tempv > maxv){ //如果没有超,判断当前解是否比最优解更好
maxv = tempv;
maxn = k;
}
}
}
return maxv;
}
int main()
{
FILE* fp;
if ((fp = fopen("input.txt", "r")) == NULL) {
cout<<"打开失败"<<endl;
exit(0);
}
fscanf(fp, "%d\n%d", &n, &m);
w=new int [n];
v=new int [n];
x=new int [n+1];
for (int i=0; i<n; i++)
fscanf(fp, "%d", &w[i]);
for (int i=0; i<n; i++)
fscanf(fp, "%d", &v[i]);
if ((fp = fopen("output.txt", "w+")) == NULL) {
cout<<"新建失败"<<endl;
exit(0);
}
fprintf(fp, "穷举法最大价值为 %d\n", Exhaustive());
fprintf(fp, "动态规划最大价值为 %d\n", Dynamic());
fprintf(fp, "自顶向下的备忘录法最大价值为 %d\n", Record());
fprintf(fp, "回溯法的最大价值为 %d\n", Dfs());
fprintf(fp, "分支限界法的最大价值为 %d\n", Bfs());
fprintf(fp, "蒙特卡罗算法的最大价值为 %d\n", MonteCarlo());
/*cout<<"输入物品数量和背包体积:";
scanf("%d%d",&n,&m);
w=new int [n];
v=new int [n];
x=new int [n+1];
cout<<"输入"<< n <<"个体积:";
for(int i=0;i<n;i++)
scanf("%d",&w[i]);
cout<<"输入"<< n <<"个价值:";
for(int i=0;i<n;i++)
scanf("%d",&v[i]);
int choose = 1;
while(choose)
{
cout<<"--------------------"<<endl;
cout<<"0. 退出"<<endl;
cout<<"1. 穷举法"<<endl;
cout<<"2. 动态规划"<<endl;
cout<<"3. 自顶向下的备忘录法"<<endl;
cout<<"4. 回溯法"<<endl;
cout<<"选择:";
cin>>choose;
cout<<"--------------------"<<endl;
switch(choose)
{
case 0: exit(0);break;
case 1: printf("穷举法最大价值为%d\n", Exhaustive()); break;
case 2: printf("动态规划最大价值为%d\n", Dynamic()); break;
case 3: printf("自顶向下的备忘录法最大价值为%d\n", Record()); break;
case 4: printf("回溯法的最大价值为%d\n", Bfs());break;
default: break;
}
}*/
}