第七周作业1——背包问题

作业要求: 对数据文件Knapsack.txt (第一行为背包总重量15,物品数量5;第2-6行,分别为第1-5件物品的重量与价值,W=15) , 编程计算最终背包所装物品的编号、总重量与总价值。要求能够把构造的二维表格输出到文件KnapsackResult.txt中。

数据文件内容:


单副本的背包问题(Knapsack without repetition):N件物品,分别重w1,...,wn,价值为v1,...,vn,现有一个背包最大容量为W,怎样的组合才能够使背包中装下的物品价值最高?

第七周作业1——背包问题_第1张图片

摘自:    knapsack-problem(http://www.answers.com/topic/knapsack-problem)

单副本背包问题的伪代码:

第七周作业1——背包问题_第2张图片


用Java实现单副本背包问题,代码如下:

/**
 * 单副本背包问题
 */
public class Knapsack {
	
	/**
	 * 计算背包问题的二维表格
	 * @param W 背包可容纳的最大重量
	 * @param n 物品数量
	 * @param K 二维表格
	 * @param wv wv[i][0]=w(该物品的重量) , wv[i][1]=v(该物品的价值) , 0<=i<=n
	 */
	public int[][] getArray(int W, int n, int wv[][]){
		//第一行和第一列的所有值为0
		int[][] K = new int[W+1][n+1];
		
		//核心代码的实现,参照伪代码
		for(int j=1; j<=n; j++){
			for(int w=1; w<=W; w++){
				int maxW = wv[j-1][0];
				if(maxW>w){
					K[w][j] = K[w][j-1];
				}else{
					K[w][j] = max(K[w][j - 1],K[w - maxW][j - 1]+wv[j - 1][1]);
				}
			}
		}
		return K;
	}
	
	public int max(int a, int b){
		return a>b ? a : b;
	}
	
	/**
	 * 计算放入背包中的物品总质量和哪些物品放到背包中
	 * @param wv wv[i][0]=w(该物品的重量) , wv[i][1]=v(该物品的价值) , 0<=i<=n
	 * @param K 存储背包问题的二维数组
	 * @param W 背包可容纳的最大重量
	 * @param n 物品数量
	 * @return isTaked[] 第一个位置放
	 */
	public static int[] getIsTaked(int[][] wv,int[][] K,int W,int n){
		/* 下标为0的数组值存储放到背包里的物品总价值
		从下标1开始记录该物品编号是否放入背包中(下标即为物品的编号),
		1是放入,0是不放入 */
		int isTaked[]=new int[n+1];
		
		int w = W;		
		for(int j=n;j>0;j--){
			if(K[w][j]>K[w][j-1]){
				isTaked[j]=1;
				w = w - wv[j-1][0];
				if(w<0) break;
			}
		}		
		
		//计算放入背包的物品总重量
		int sumW=0;
		for(int j=1;j<=n;j++){
			if(isTaked[j]==1){
				sumW+=wv[j-1][0];
			}
		}
		isTaked[0] = sumW;
		
		return isTaked;
	}
	
}

测试代码:

	public static void main(String[] args) throws IOException  {
		Scanner scanner = new Scanner(Knapsack.class.getResourceAsStream("Knapsack.txt"));	
		Writer out = new FileWriter(new File("src/KnapsackResult.txt"));		
		
		//第一行为背包总重量15,物品数量5
		int W=scanner.nextInt(), n=scanner.nextInt();
		//将每个物品的重量和价值保存到数组wv
		int wv[][] = new int[n][2];
		for(int i=0; i<n; i++){
			wv[i][0]=scanner.nextInt();
			wv[i][1]=scanner.nextInt();
		}
		
		Knapsack knapsack = new Knapsack();
		int K[][] = knapsack.getArray(W, n, wv);			
		
		//将背包问题的二维表格保存到问文件KnapsackResult.txt
		for(int w=0; w<=W; w++){
			for(int j=0; j<=n; j++){
				out.write(K[w][j]+"\t");
			}
			out.write("\r\n");
		}
		out.close();
		scanner.close();
		
		int[] isTaked = getIsTaked(wv, K, W, n);
		System.err.println("放入背包中的物品总重量为: "+isTaked[0]);
		
		System.err.println("放入背包中的物品编号为: ");
		for(int No=1; No<isTaked.length; No++){
			if(isTaked[No] == 1) System.err.print(No + "\t");
		}
		 
	}


测试结果:

第七周作业1——背包问题_第3张图片


第七周作业1——背包问题_第4张图片


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