Java實現(xiàn)優(yōu)先隊列式廣度優(yōu)先搜索算法的示例代碼
更新時間:2022年08月21日 09:47:51 作者:chengqiuming
這篇文章主要為大家詳細介紹了Java如何實現(xiàn)優(yōu)先隊列式廣度優(yōu)先搜索算法,文中通過一個示例帶大家具體了解了實現(xiàn)的方法,需要的可以參考一下
1.問題描述
2.實現(xiàn)
package com.platform.modules.alg.alglib.p933; import java.util.Arrays; import java.util.PriorityQueue; public class P933 { public static final int N = 10; // 記錄最優(yōu)解 boolean bestx[] = new boolean[N]; // 輔助數(shù)組,用于存儲排序后的重量和價值 private int w[] = new int[N]; private int v[] = new int[N]; Goods goods[] = new Goods[N]; Object S[] = new Object[N]; // 用來記錄最優(yōu)解 Integer bestp; // 為背包的最大容量 int W; // 為物品的個數(shù)。 int n; // 為所有物品的總重量。 int sumw; // 為所有物品的總價值 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(); } } // 計算節(jié)點的上界 double Bound(Node tnode) { // 已裝入背包物品價值 double maxvalue = tnode.cp; int t = tnode.id; // 排序后序號 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(" "); // 物品的個數(shù)和背包的容量 n = Integer.parseInt(words[0]); W = Integer.parseInt(words[1]); bestp = 0; // 用來記錄最優(yōu)解 sumw = 0; // sumw 為所有物品的總重量。 sumv = 0; // sumv為所有物品的總價值 words = line[1].split(" "); for (int i = 1; i <= words.length / 2; i++) { // 輸入每個物品的重量和價值,用空格分開 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); // 按價值重量比非遞增排序 for (int i = 1; i <= n; i++) {//把排序后的數(shù)據(jù)傳遞給輔助數(shù)組 w[i] = goods[S[i - 1].id].weight; v[i] = goods[S[i - 1].id].value; } priorbfs();//優(yōu)先隊列分支限界法 output += bestp + "\n"; for (int i = 1; i <= n; i++) { // 輸出最優(yōu)解 if (bestx[i]) output += S[i - 1].id + " "; // 輸出原物品序號(排序前的) } return output; } // 優(yōu)先隊列式分支限界法 int priorbfs() { // 當前處理的物品序號t,當前裝入背包物品價值tcp,當前剩余容量trw int t, tcp, trw; double tup; // 當前價值上界 tup PriorityQueue<Node> q = new PriorityQueue<>(); // 優(yōu)先隊列 q.add(new Node(0, sumv, W, 1)); // 初始化,根結(jié)點加入優(yōu)先隊列 while (!q.isEmpty()) { // 定義三個結(jié)點型變量 Node livenode; Node lchild = new Node(); Node rchild = new Node(); livenode = q.peek(); // 取出隊頭元素作為當前擴展結(jié)點 livenode q.poll(); // 隊頭元素出隊 t = livenode.id; // 當前處理的物品序號 // 搜到最后一個物品的時候不需要往下搜索。 // 如果當前的背包沒有剩余容量(已經(jīng)裝滿)了,不再擴展。 if (t > n || livenode.rw == 0) { if (livenode.cp >= bestp) { // 更新最優(yōu)解和最優(yōu)值 for (int i = 1; i <= n; i++) bestx[i] = livenode.x[i]; bestp = livenode.cp; } continue; } if (livenode.up < bestp)//如果不滿足不再擴展 continue; tcp = livenode.cp; //當前背包中的價值 trw = livenode.rw; //背包剩余容量 if (trw >= w[t]) { //擴展左孩子,滿足約束條件,可以放入背包 lchild.cp = tcp + v[t]; lchild.rw = trw - w[t]; lchild.id = t + 1; tup = Bound(lchild); //計算左孩子上界 lchild = new Node(lchild.cp, tup, lchild.rw, lchild.id); for (int i = 1; i <= n; i++)//復制以前的解向量 lchild.x[i] = livenode.x[i]; lchild.x[t] = true; if (lchild.cp > bestp)//比最優(yōu)值大才更新 bestp = lchild.cp; q.add(lchild);//左孩子入隊 } rchild.cp = tcp; rchild.rw = trw; rchild.id = t + 1; tup = Bound(rchild);//計算右孩子上界 if (tup >= bestp) {//擴展右孩子,滿足限界條件,不放入 rchild = new Node(tcp, tup, trw, t + 1); for (int i = 1; i <= n; i++)//復制以前的解向量 rchild.x[i] = livenode.x[i]; rchild.x[t] = false; q.add(rchild);//右孩子入隊 } } return bestp;//返回最優(yōu)值。 } } // 定義結(jié)點。每個節(jié)點來記錄當前的解。 class Node implements Comparable<Node> { int cp; // cp 為當前裝入背包的物品總價值 double up; // 價值上界 int rw; // 剩余容量 int id; // 物品號 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; // 價值 } // 輔助物品結(jié)構(gòu)體,用于按單位重量價值(價值/重量比)排序 class Object implements Comparable { int id; // 序號 double d; // 單位重量價值 @Override public int compareTo(java.lang.Object o) { return this.d > ((Object) o).d ? -1 : 1; } }
3.測試
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