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Java怎么实现优先队列式广度优先搜索算法

1.问题描述2.实现packagecom.platform.modules.alg.alglib.p933;importjava.util.Arrays;importjava.util.PriorityQueue;publicclassP933{publicstaticfinalintN=10;//记录最优解booleanbestx[]=newboolean[N];//辅助数组,用于存储排序后的重量和价值privateintw[]=newint[N];privateintv[]=newint[N];Goo

本文目录

    1.问题描述

    Java怎么实现优先队列式广度优先搜索算法

    2.实现

    package com.platform.modules.alg.alglib.p933;
     
    import java.util.Arrays;
    import java.util.PriorityQueue;
     
    public class P933 {
        public static final int N = 10;
        // 记录最优解
        boolean bestx[] = new boolean[N];
        // 辅助数组,用于存储排序后的重量和价值
        private int w[] = new int[N];
        private int v[] = new int[N];
        Goods goods[] = new Goods[N];
        Object S[] = new Object[N];
        // 用来记录最优解
        Integer bestp;
        // 为背包的最大容量
        int W;
        // 为物品的个数。
        int n;
        // 为所有物品的总重量。
        int sumw;
        // 为所有物品的总价值
        int sumv;
        public String output = "";
     
        public P933() {
            for (int i = 0; i < goods.length; i++) {
                goods[i] = new Goods();
            }
            for (int i = 0; i < S.length; i++) {
                S[i] = new Object();
            }
        }
     
        // 计算节点的上界
        double Bound(Node tnode) {
            // 已装入背包物品价值
            double maxvalue = tnode.cp;
            int t = tnode.id; // 排序后序号
            double left = tnode.rw; // 剩余容量
            while (t <= n && w[t] <= left) {
                maxvalue += v[t];
                left -= w[t++];
            }
            if (t <= n)
                maxvalue += ((double) (v[t])) / w[t] * left;
            return maxvalue;
        }
     
        public String cal(String input) {
     
     
            String[] line = input.split("\n");
            String[] words = line[0].split(" ");
            // 物品的个数和背包的容量
            n = Integer.parseInt(words[0]);
            W = Integer.parseInt(words[1]);
            bestp = 0; // 用来记录最优解
            sumw = 0; // sumw 为所有物品的总重量。
            sumv = 0; // sumv为所有物品的总价值
     
            words = line[1].split(" ");
            for (int i = 1; i <= words.length / 2; i++) { // 输入每个物品的重量和价值,用空格分开
                goods[i].weight = Integer.parseInt(words[2 * i - 2]);
                goods[i].value = Integer.parseInt(words[2 * i - 1]);
                sumw += goods[i].weight;
                sumv += goods[i].value;
                S[i - 1].id = i;
                S[i - 1].d = 1.0 * goods[i].value / goods[i].weight;
            }
            if (sumw <= W) {
                bestp = sumv;
                output = bestp.toString();
                return output;
            }
            Arrays.sort(S); // 按价值重量比非递增排序
            for (int i = 1; i <= n; i++) {//把排序后的数据传递给辅助数组
                w[i] = goods[S[i - 1].id].weight;
                v[i] = goods[S[i - 1].id].value;
            }
            priorbfs();//优先队列分支限界法
            output += bestp + "\n";
     
            for (int i = 1; i <= n; i++) { // 输出最优解
                if (bestx[i])
                    output += S[i - 1].id + " "; // 输出原物品序号(排序前的)
            }
            return output;
        }
     
        // 优先队列式分支限界法
        int priorbfs() {
            // 当前处理的物品序号t,当前装入背包物品价值tcp,当前剩余容量trw
            int t, tcp, trw;
            double tup;  // 当前价值上界 tup
            PriorityQueue q = new PriorityQueue<>(); // 优先队列
     
            q.add(new Node(0, sumv, W, 1)); // 初始化,根结点加入优先队列
            while (!q.isEmpty()) {
                // 定义三个结点型变量
                Node livenode;
                Node lchild = new Node();
                Node rchild = new Node();
                livenode = q.peek(); // 取出队头元素作为当前扩展结点 livenode
                q.poll(); // 队头元素出队
                t = livenode.id; // 当前处理的物品序号
                // 搜到最后一个物品的时候不需要往下搜索。
                // 如果当前的背包没有剩余容量(已经装满)了,不再扩展。
                if (t > n || livenode.rw == 0) {
                    if (livenode.cp >= bestp) { // 更新最优解和最优值
                        for (int i = 1; i <= n; i++)
                            bestx[i] = livenode.x[i];
                        bestp = livenode.cp;
                    }
                    continue;
                }
                if (livenode.up < bestp)//如果不满足不再扩展
                    continue;
                tcp = livenode.cp; //当前背包中的价值
                trw = livenode.rw; //背包剩余容量
                if (trw >= w[t]) { //扩展左孩子,满足约束条件,可以放入背包
                    lchild.cp = tcp + v[t];
                    lchild.rw = trw - w[t];
                    lchild.id = t + 1;
                    tup = Bound(lchild); //计算左孩子上界
                    lchild = new Node(lchild.cp, tup, lchild.rw, lchild.id);
                    for (int i = 1; i <= n; i++)//复制以前的解向量
                        lchild.x[i] = livenode.x[i];
                    lchild.x[t] = true;
                    if (lchild.cp > bestp)//比最优值大才更新
                        bestp = lchild.cp;
                    q.add(lchild);//左孩子入队
                }
                rchild.cp = tcp;
                rchild.rw = trw;
                rchild.id = t + 1;
                tup = Bound(rchild);//计算右孩子上界
                if (tup >= bestp) {//扩展右孩子,满足限界条件,不放入
                    rchild = new Node(tcp, tup, trw, t + 1);
                    for (int i = 1; i <= n; i++)//复制以前的解向量
                        rchild.x[i] = livenode.x[i];
                    rchild.x[t] = false;
                    q.add(rchild);//右孩子入队
                }
            }
            return bestp;//返回最优值。
        }
    }
     
    // 定义结点。每个节点来记录当前的解。
    class Node implements Comparable {
        int cp; // cp 为当前装入背包的物品总价值
        double up; // 价值上界
        int rw; //  剩余容量
        int id; // 物品号
        boolean x[] = new boolean[P933.N]; // 解向量
     
        Node() {
        }
     
        Node(int _cp, double _up, int _rw, int _id) {
            cp = _cp;
            up = _up;
            rw = _rw;
            id = _id;
        }
     
        @Override
        public int compareTo(Node o) {
            return (this.up - o.up) > 0 ? 1 : -1;
        }
    }
     
    // 物品
    class Goods {
        int weight; // 重量
        int value; // 价值
    }
     
    // 辅助物品结构体,用于按单位重量价值(价值/重量比)排序
    class Object implements Comparable {
        int id; // 序号
        double d; // 单位重量价值
     
     
        @Override
        public int compareTo(java.lang.Object o) {
            return this.d > ((Object) o).d ? -1 : 1;
        }
    }

    3.测试

    Java怎么实现优先队列式广度优先搜索算法

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