• 回溯法(背包问题和八皇后问题)


    算法分析

    给定n中物品和一个容量为c的背包,物品i的重量为Wi,其价值为Vi,背包问题是如何选择装入背包的物品(物品不可分割),使得装入背包的物品的价值为最大考虑到每种物品只有种选择,即装入背包或不装入背包,并且物品数和背包容量已给定,要计算装入背包物品的最大价值和最优装入方案,可用回溯法搜索子集树的算法进行求解

    物品有n种,背包容量为C,分别用p[i]w[i]存储第i种物品的价值和重量,用
    x[i]标记第i种物品是否装入背包,用bestx[i]存储第i种物品的最优装载方案;
    用递归函数Backtrack (i,cp,cw)来实现回溯法搜索子集树(形式参数i表示递归深
    度,n用来控制递归深度,形式参数cpcw表示当前总价值和总重量,bestp表示当前
    最优总价值):
    ① 若i >n,则算法搜索到一个叶结点,判断当前总价值是否最优:
    1> cp>bestp,更新当前最优总价值为当前总价值(即bestp=cp),更新
    装载方案(即bestx[i]=x[i]( 1in));
    ② 采用for循环对物品i装与不装两种情况进行讨论(0j1):
    1> x[i]=j
    2> 若总重量不大于背包容量(即cw+x[i]*w[i]<=c),则更新当前总价 br=""> 值和总重量(即cw+=w[i]*x[i],cp+=p[i]*x[i]对物品i+1调用递归函
    Backtrack(i+1,cp,cw) 继续进行装载;
    3> 函数Backtrack(i+1,cp,cw)调用结束后则返回当前总价值和总重量
    (即 cw-=w[i]*x[i],cp-=p[i]*x[i]);
    4> j>1时,for循环结束;
    ③ 当i=1时,若已测试完所有装载方案,外层调用就全部结束;
     主函数调用一次backtrack(1,0,0)即可完成整个回溯搜索过程,最终得到的bestpbestx[i]即为所求最大总价值和最优装载方案。 


    .#include<stdio.h>

    int n,c,bestp;//物品的个数,背包的容量,最大价值

    int p[10000],w[10000],x[10000],bestx[10000];//物品的价值,物品的重量,x[i]暂存物品的选中情况,物品的选中情况

     

    void Backtrack(int i,int cp,int cw)

    { //cw当前包内物品重量,cp当前包内物品价值

        int j;

        if(i>n)//回溯结束

        {

            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("请输入背包最大容量: ");

        scanf("%d",&c);

        printf("请输入物品个数: ");

        scanf("%d",&n);

        printf("请依次输入物品的重量: ");

        for(i=1;i<=n;i++) 

            scanf("%d",&w[i]);

        printf("请依次输入物品的价值: ");

        for(i=1;i<=n;i++) 

            scanf("%d",&p[i]);

        Backtrack(1,0,0);

        printf("最大价值为: ");

        printf("%d ",bestp);

        printf("被选中的物品依次是(0表示未选中,1表示选中) ");

        for(i=1;i<=n;i++) 

            printf("%d ",bestx[i]);

        printf(" ");

        return 0;

    }

     

    结果

    1...输入皇后个数:

    1

    2...请输入背包最大容量:

    15

    请输入物品个数:

    3

    请依次输入物品的重量:

    5 6 4

    请依次输入物品的价值:

    7 5 9

    最大价值为:

    21

    被选中的物品依次是(0表示未选中,1表示选中

    1 1 1

    小结:

    回溯法是个好东西, 当自己对一个问题没有任何思路的时候就可以用回溯法, 虽然效率是一个严重的问题, 但是却能给问题一个形象的解释, 或者可以从回溯法想到一个不错的算法也不一定

    当遇到一个可以用到回溯法的时候需要按照如下步骤进行:

    1. 确定问题的一个解空间树, 这个解空间树至少包含一个你需要的那个解, 否则这个树就完全没有意义了

    2. 组织好这棵树, 弄明白这棵树的每一个节点代表什么, 每一个分支代表什么

    3. 从这棵树的根节点不断的向下深搜, 当遇到不合适的节点的时候直接跳过以这个节点为根的子树

    4. 当搜索到了叶子节点的时候就回溯

     

     

     

    分析

    1...八皇后问题是十九世纪著名数学家高斯于1850年提出的。问题是:在8*8的棋盘上摆放8个皇后,使其不能互相攻击,即任意的两个皇后不能处在同意行,同一列,或同意斜线上。可以把八皇后问题拓展为n皇后问题,即在n*n的棋盘上摆放n个皇后,使其任意两个皇后都不能处于同一行、同一列或同一斜线上。

    ...每一行可以而且必须放一个皇后,所以n皇后问题的解可以用一个n元向量X=x1,x2,.....xn)表示,其中,1 i n1 xi n,即第n个皇后放在第i行第xi列上。由于两个皇后不能放在同一列上,所以,解向量X必须满足的约束条件为:xi xj;若两个皇后的摆放位置分别是(i,xi)和(j,xj),在棋盘上斜率为-1的斜线上,满足条件i-j=xi-xj;在棋盘上斜率为1的斜线上,满足条件i+j=xi+xj;综合两种情况,由于两个皇后不能位于同一斜线上,所以,解向量X必须满足的约束条件为:

    |i-xi| |j-xj|


     

    1...#include<stdio.h>

    #include<math.h>

    int x[100];

    bool place(int k)//考察皇后k放置在x[k]列是否发生冲突

    {

        int i;

        for(i=1;i<k;i++)

            if(x[k]==x[i]||abs(k-i)==abs(x[k]-x[i]))

                return false;

            return true;

    }

     

    void queue(int n)

    {

        int i,k;

        for(i=1;i<=n;i++)

            x[i]=0;

        k=1;

        while(k>=1)

        {

            x[k]=x[k]+1;   //在下一列放置第k个皇后

            while(x[k]<=n&&!place(k))

                x[k]=x[k]+1;//搜索下一列

            if(x[k]<=n&&k==n)//得到一个输出

            {

                for(i=1;i<=n;i++)

                    printf("%d ",x[i]);

                printf(" ");

    //return;//return则只求出其中一种解,若不return则可以继续回溯,求出全部的可能的解

            }

            else if(x[k]<=n&&k<n)

                k=k+1;//放置下一个皇后

            else

            {

                x[k]=0;//重置x[k],回溯

                k=k-1;

            }

        }

    }

     

    void main()

    {

    int n;

    printf("输入皇后个数n: ");

    scanf("%d",&n);

    queue(n);

    }

     

    ..

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