算法设计和分析实验四：贪心算法求解背包问题

实验五：贪心算法求解背包问题
实验内容
应用贪心算法求解离散背包问题，分析时间复杂度。

有一个承重为W的背包和n个物品，它们各自的重量和价值分别是wi和vi（1<=i<=n），设求这些物品中最有价值的一个子集。

如果每次选择某一个物品的时候，只能全部拿走，则这一问题称为离散（0-1）背包问题；如果每次可以拿走某一物品的任意一部分，则这一问题称为连续背包问题。

算法思想
•动态规划的思想：
–对较小的子问题进行一次求解，并把结果记录下来，然后利用较小问题的解，求解出较大问题的解，直到求解出最大问题的解。

–
引进一个二维数组ch[MAX][MAX]，用ch[i][j]记录CH1与CH2的LCS 的长度，b[i][j]记录ch[i][j]是通过哪一个子问题的值求得的，以决定搜索的方向。

我们是自底向上进行递推计算，那么在计算ch[i,j]之前，ch[i-1][j-1]，
ch[i-1][j]与ch[i][j-1]均已计算出来。

此时我们根据CH1 [i] = CH2[j]还是CH1[i] != CH2[j]，就可以计算出ch[i][j]。

算法
length(string CH1,string CH2,int b[MAX][MAX])
//用于构建动态数组
//输入：两字符窜
//输出：最长公共子序列
for(i=1;i<=ch1Len;i++)//二重循环求解
for(int j=1;j<=ch2Len;j++)
{
if(CH1[i-1]==CH2[j-1])//相等字符
{
ch[i][j]=ch[i-1][j-1]+1;
b[i][j]=0;
}
else if(ch[i-1][j]>=ch[i][j-1])//上比较大
{
ch[i][j]=ch[i-1][j];
b[i][j]=1;
}
else//左比较大
{
ch[i][j]=ch[i][j-1];
b[i][j]=-1;
}
}
printCS(int b[MAX][MAX],string x,int i,int j)
//回溯求出最长子序列输出
//输入：标记数组
//输出：最长子序列
if(i == 0 || j == 0)//边界，返回
return;
if(b[i][j] == 0)
{
printCS(b, x, i-1, j-1);//左上
cout<<x[i-1]<<" ";
}
else if(b[i][j] == 1)
printCS(b, x, i-1, j);//上
else
printCS(b, x, i, j-1);//左
源程序
//应用贪心算法求解离散背包问题
#include<iostream>
using namespace std;
#define MAX 100
//结构体
struct Elem
{
double W;
double V;
double P;
int number;
};
//顺序表
struct SqList
{
Elem *elem;
int length;
int listsize;
};
//构造一个空的线性顺序表
void InitList_Sq(SqList &L)
{
L.elem=(Elem *)malloc(100*sizeof(Elem));
L.length=0;
L.listsize=100;
}
//********************************
//构造背包,顺序表
//******************************
void input(SqList &L)
{
cout<<"请输入物品的个数：";
cin>>L.length;
for(int i=0;i<L.length;i++)
{
cout<<"请输入第"<<i+1<<"个物品的重量和价值：";
cin>>L.elem[i].W>>L.elem[i].V;
L.elem[i].P=L.elem[i].V/L.elem[i].W;
cout<<"价值比为："<<L.elem[i].P<<endl;
L.elem[i].number=i+1;
}
}
//*********************************
//插入排序由大到小
//*******************************
void inser(SqList &L)
{
Elem inserter;
int index;//inserter待插入合适位置的元素,index指示插入位置
for(int pass=1;pass<L.length;pass++){ //共比较size-1轮
inserter=L.elem[pass];//第pass轮时,待插入的对象是a[pass]
index=pass-1;
while(index>=0&&inserter.P>L.elem[index].P){ //寻找插入位置L.elem[index+1]=L.elem[index];
index--; //指针前移，再比较
}
L.elem[index+1]=inserter;//跳出while时，找到插入位置
}//end of for
cout<<"按照价值比由大到小排列的顺序为：";
for(pass=0;pass<L.length;pass++)
cout<<L.elem[pass].number<<" ";
cout<<endl;
}
//*************************************************8
//背包程序
//采用贪心算法
//根据价值和重量的比来实现贪心算法
//************************************************
void bag(SqList L)
{
double w,sumV=0,sumW=0;
int list[MAX],a=0;
cout<<"请输入背包承重量W:";
cin>>w;
inser(L);
for(int i=0;i<L.length;i++) {
while(sumW+L.elem[i].W<=w)
{
sumW=sumW+L.elem[i].W;
sumV=sumV+L.elem[i].V;
list[a++]=L.elem[i].number;
}
}
cout<<"最后包里的总重量为："<<sumW<<endl;
cout<<"最后包里的总价值为："<<sumV<<endl;
cout<<"放到背包中的物品的序号列表为：";
for(i=0;i<a;i++)
{
cout<<list[i]<<" ";
}
}
int main()
{
cout<<"贪心算法求解背包问题"<<endl;
SqList L;
InitList_Sq(L);
input(L);
bag(L);
return 0;
}
实验结论
1、运行截图
查找最长公共子序列长度时的动态规划两个for循环，时间复杂度为Ｏ（ｎ＊ｎ）。

在回溯查找时，由于每次调用至少向上或向左（或向上向左同时）移动一步，故最多调用(m + n)次就会遇到i = 0或j = 0的情况，此时开始返回。

返回时与递归调用时方向相反，步数相同，故算法时间复杂度为Θ(m + n)。