Java背包算法规划求解

package test.knapsack; import java.util.ArrayList; /** * 求解背包问题： 给定 n 个背包，其重量分别为 w1,w2,……,wn, 价值分别为 v1,v2,……,vn * 要放入总承重为 totalWeight 的箱子中， 求可放入箱子的背包价值总和的最大值。 * * NOTE: 使用动态规划法求解 背包问题 设 前 n 个背包，总承重为 j 的最优值为 v[n,j], 最优解背包组成为 b[n]; * 求解最优值： * 1. 若 j < wn, 则 ： v[n,j] = v[n-1,j]; * 2. 若 j >= wn, 则：v[n,j] = max{v[n-1,j], vn + v[n-1,j-wn]}。 * * 求解最优背包组成： * 1. 若 v[n,j] > v[n-1,j] 则 背包 n 被选择放入 b[n], * 2. 接着求解前 n-1 个背包放入 j-wn 的总承重中， 于是应当判断 v[n-1, j-wn] VS v[n-2,j-wn], 决定 背包 n-1 是否被选择。 * 3. 依次逆推，直至总承重为零。 * * 重点： 掌握使用动态规划法求解问题的分析方法和实现思想。 * 分析方法： 问题实例 P(n) 的最优解S(n) 蕴含 问题实例 P(n-1) 的最优解S(n-1); 在S(n-1)的基础上构造 S(n) * 实现思想： 自底向上的迭代求解 和 基于记忆功能的自顶向下递归 */ public class KnapsackProblem { /** 指定背包 */ private Knapsack[] bags; /** 总承重 */ private int totalWeight; /** 给定背包数量 */ private int n; /** 前 n 个背包，总承重为 totalWeight 的最优值矩阵 */ private int[][] bestValues; /** 前 n 个背包，总承重为 totalWeight 的最优值 */ private int bestValue; /** 前 n 个背包，总承重为 totalWeight 的最优解的物品组成 */ private ArrayList<Knapsack> bestSolution; public KnapsackProblem(Knapsack[] bags, int totalWeight) { this.bags = bags; this.totalWeight = totalWeight; this.n = bags.length; if (bestValues == null) { bestValues = new int[n + 1][totalWeight + 1]; } } /** * 求解前 n 个背包、给定总承重为 totalWeight 下的背包问题 * */ public void solve() { System.out.println("给定背包："); for (Knapsack b : bags) { System.out.println(b); } System.out.println("给定总承重: " + totalWeight); // 求解最优值 for (int j = 0; j <= totalWeight; j++) { for (int i = 0; i <= n; i++) { if (i == 0 || j == 0) { bestValues[i][j] = 0; } else { // 如果第 i 个背包重量大于总承重，则最优解存在于前 i-1 个背包中， // 注意：第 i 个背包是 bags[i-1] if (j < bags[i - 1].getWeight()) { bestValues[i][j] = bestValues[i - 1][j]; } else { // 如果第 i 个背包不大于总承重，则最优解要么是包含第 i 个背包的最优解， // 要么是不包含第 i 个背包的最优解， 取两者最大值，这里采用了分类讨论法 // 第 i 个背包的重量 iweight 和价值 ivalue int iweight = bags[i - 1].getWeight(); int ivalue = bags[i - 1].getValue(); bestValues[i][j] = Math.max(bestValues[i - 1][j], ivalue + bestValues[i - 1][j - iweight]); } // else } // else } // for } // for // 求解背包组成 if (bestSolution == null) { bestSolution = new ArrayList<Knapsack>(); } int tempWeight = totalWeight; for (int i = n; i >= 1; i--) { if (bestValues[i][tempWeight] > bestValues[i - 1][tempWeight]) { bestSolution.add(bags[i - 1]); // bags[i-1] 表示第 i 个背包 tempWeight -= bags[i - 1].getWeight(); } if (tempWeight == 0) { break; } } bestValue = bestValues[n][totalWeight]; } /** * 获得前 n 个背包， 总承重为 totalWeight 的背包问题的最优解值 调用条件： 必须先调用 solve 方法 * */ public int getBestValue() { return bestValue; } /** * 获得前 n 个背包， 总承重为 totalWeight 的背包问题的最优解值矩阵 * 调用条件： 必须先调用 solve 方法 * */ public int[][] getBestValues() { return bestValues; } /** * 获得前 n 个背包， 总承重为 totalWeight 的背包问题的最优解值矩阵 * 调用条件： 必须先调用 solve 方法 * */ public ArrayList<Knapsack> getBestSolution() { return bestSolution; } public int getTotalWeight() { return totalWeight; } public void setTotalWeight(int totalWeight) { this.totalWeight = totalWeight; } }