经典算法9:回溯法之0--1背包问题

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1.题目分析:
考虑到每种物品只有2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。


2.算法设计:
a. 物品有n种,背包容量为C,分别用p[i]和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;
b. 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cp和cw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> 若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]( 1≤i≤n));
② 采用for循环对物品i装与不装两种情况进行讨论(0≤j≤1):
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
数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> 当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;

c. 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bestp和bestx[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:\n");  
        scanf("%d",&c);  
        printf("请输入物品个数:\n");  
        scanf("%d",&n);  
        printf("请依次输入物品的重量:\n");  
        for(i=1;i<=n;i++)   
            scanf("%d",&w[i]);  
        printf("请依次输入物品的价值:\n");  
        for(i=1;i<=n;i++)   
            scanf("%d",&p[i]);  
        Backtrack(1,0,0);  
        printf("最大价值为:\n");  
        printf("%d\n",bestp);  
        printf("被选中的物品依次是(0表示未选中,1表示选中)\n");  
        for(i=1;i<=n;i++)   
            printf("%d ",bestx[i]);  
        printf("\n");  
        return 0;  
    }