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回溯法——求解0-1背包问题


         以前研究过一个简单的N皇后问题对回溯法也有了个模糊的认识,大致理解就是:先一直做某件事,当完成某个条件时或者是触犯某个条件时,再返回到最近的一个类似还原点的地方


       在用回溯法求解0-1背包问题的时候,主要遇到三个相对难解决的问题:1,什么是界限函数;2,什么时候用它;3,回溯到哪儿。





   什么是界限函数?



        如下图:

            当我们身在一棵搜索空间树中,站在一个K点举棋不定的时候,我们可以用它估算如果我们继续向下走,我们走完本段路会获得的总价值。假设我们现在有一个最大解,当我用界限函数算出一个价值后和我当前的最大解比较,如果能获得更大利益,我们选择继续向下走,如果不能,果断放弃。


         从下图中的伪代码可以看出,我们计算后半段最大价值的时候,使用的还是一个贪心算法,虽然分割的情况是不被允许的,但是我们可以用这个结果来进行估算。




       

        


回溯法得到的搜索空间树:



     

            

       




    什么时候使用界限函数?


                

       数学一点儿的说法是:当X[i]=0时。

 

   通俗一点说:当进入右结点的时候。



   如何回溯的问题?


        向上回溯到第一个不是0的结点(并且这个结点不是顶点)。

               


   求解思路

                


               如上图搜索树,在建立搜索树之前,我将所有的物品按照V/W(价值重量比)从大到小排序,然后从第一个开始,依次向背包(背包大小110)中放入,放到第6个的时候,这时候发现6太大了,不能装入了,这时候用界限函数判断下,如果继续下去,会获得的最大价值,得出这个价值后,和上几次查找得到的最大价值对比但是因为我们在这之前还没有获得过别的解,所以界限函数再和最大价值的初值-1比较的时候,总是会选择继续。这样我们就得到了一个解139.然后我们回溯到第一个X[i]不等于0的地方,此处为X[5],然后将X[5]置为0,这时候X[5]置0了,我们就先用界限函数判断下X[6]到X[8]的情况,得出了个164.44,这个比我们上次得到的第一个解也是最大的解139大,说明向后继续,肯会出现一个比139还大的解,所以我们选择向后继续。。。。。。


               。。。。。。。。。


            但我们回溯到X[1]的时候,我们将X[1]置0,这时候用界限函数估算下物品2到物品8可能获得的最大价值,发现是155.11,比我们实际得到的最大解159还小,然后果断放弃,再向上回溯,发现这已经到了尽头了,然后停止。

                 


                  结合以前的N皇后问题,N皇后问题是我一行一行的放皇后,如果当下一行放到最后一个位置的时候还是会产生攻击,这时候我们就调整上一行皇后的位置,然后再回到本行从第一个开始放。对比0-1背包,这个是完成一次求解过程,然后就回溯继续求解。

            


            所以,回溯法是先一直做,做不下去了,然后才向回走。





     小结:

                    0-1背包问题的用回溯法解决最开始提出的三个问题挺关键的,试想,如果一个问题足够大的话,用界限函数能够砍掉很多不合条件的子节点,极大的提高了效率。












回溯法——求解0-1背包问题