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回溯法——求解0-1背包问题
曾经研究过一个简单的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,当完毕某个条件时或者是触犯某个条件时。再返回到近期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?
例如以下图:
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。我们能够用它估算假设我们继续向下走,我们走完本段路会获得的总价值。
假设我们如今有一个最大解,当我用界限函数算出一个价值后和我当前的最大解比較。假设能获得更大利益。我们选择继续向下走,假设不能。果断放弃。
从下图中的伪代码能够看出,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。尽管切割的情况是不被同意的,可是我们能够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。
怎样回溯的问题?
向上回溯到第一个不是0的结点(而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,我将全部的物品依照V/W(价值重量比)从大到小排序。然后从第一个開始。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,这时候用界限函数推断下,假设继续下去。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照,可是由于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比較的时候,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推断下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。。
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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。
结合曾经的N皇后问题,N皇后问题是我一行一行的放皇后。假设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開始放。对照0-1背包,这个是完毕一次求解过程,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開始提出的三个问题挺关键的,试想,假设一个问题足够大的话。用界限函数可以砍掉非常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