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贪心算法

2013-10-29|2524阅||

摘要:    贪心法是求解关于独立系统组合优化问题的一种简单算法,求最小生成树的Kruskal算法就是一种贪心算法。 贪心法的基本思路是:从问题的某一个初始解出发逐步逼近给定的目标,以尽可能快的地求得更好的解。当达到某算法中的某一步不能再继续前进时,算法停止。 该算法存在

    贪心法是求解关于独立系统组合优化问题的一种简单算法,求最小生成树的Kruskal算法就是一种贪心算法。

贪心法的基本思路是:从问题的某一个初始解出发逐步逼近给定的目标,以尽可能快的地求得更好的解。当达到某算法中的某一步不能再继续前进时,算法停止。

该算法存在问题:

1. 不能保证求得的最后解是最佳的;

2. 不能用来求最大或最小解问题;

3. 只能求满足某些约束条件的可行解的范围。

实现该算法的过程:

从问题的某一初始解出发;

while 能朝给定总目标前进一步 do

  求出可行解的一个解元素;

由所有解元素组合成问题的一个可行解;

贪婪法是一种不追求最优解,只希望得到较为满意解的方法。贪婪法一般可以快速得到满意的解,因为它省去了为找最优解要穷尽所有可能而必须耗费的大量时间。贪婪法常以当前情况为基础作最优选择,而不考虑各种可能的整体情况,所以贪婪法不要回溯。

      例如平时购物找钱时,为使找回的零钱的硬币数最少,不考虑找零钱的所有各种发表方案,而是从最大面值的币种开始,按递减的顺序考虑各币种,先尽量用大面值的币种,当不足大面值币种的金额时才去考虑下一种较小面值的币种。这就是在使用贪婪法。这种方法在这里总是最优,是因为银行对其发行的硬币种类和硬币面值的巧妙安排。如只有面值分别为1511单位的硬币,而希望找回总额为15单位的硬币。按贪婪算法,应找111单位面值的硬币和41单位面值的硬币,共找回5个硬币。但最优的解应是35单位面值的硬币。

【问题】装箱问题

问题描述:装箱问题可简述如下:设有编号为01、…、n-1n种物品,体积分别为v0v1、…、vn-1。将这n种物品装到容量都为V的若干箱子里。约定这n种物品的体积均不超过V,即对于0in,有0viV。不同的装箱方案所需要的箱子数目可能不同。装箱问题要求使装尽这n种物品的箱子数要少。

    若考察将n种物品的集合分划成n个或小于n个物品的所有子集,最优解就可以找到。但所有可能划分的总数太大。对适当大的n,找出所有可能的划分要花费的时间是无法承受的。为此,对装箱问题采用非常简单的近似算法,即贪婪法。该算法依次将物品放到它第一个能放进去的箱子中,该算法虽不能保证找到最优解,但还是能找到非常好的解。不失一般性,设n件物品的体积是按从大到小排好序的,即有v0v1≥…≥vn-1。如不满足上述要求,只要先对这n件物品按它们的体积从大到小排序,然后按排序结果对物品重新编号即可。装箱算法简单描述如下:

{     输入箱子的容积;

       输入物品种数n

       按体积从大到小顺序,输入各物品的体积;

       预置已用箱子链为空;

       预置已用箱子计数器box_count0

       for (i=0;i<n;i++)

       {     从已用的第一只箱子开始顺序寻找能放入物品i 的箱子j

              if (已用箱子都不能再放物品i

              {     另用一个箱子j,并将物品i放入该箱子;

                     box_count++;

              }

              else

                     将物品i放入箱子j

       }

}

      上述算法能求出需要的箱子数box_count,并能求出各箱子所装物品。下面的例子说明该算法不一定能找到最优解,设有6种物品,它们的体积分别为:604535202020单位体积,箱子的容积为100个单位体积。按上述算法计算,需三只箱子,各箱子所装物品分别为:第一只箱子装物品13;第二只箱子装物品245;第三只箱子装物品6。而最优解为两只箱子,分别装物品145236

      若每只箱子所装物品用链表来表示,链表首结点指针存于一个结构中,结构记录尚剩余的空间量和该箱子所装物品链表的首指针。另将全部箱子的信息也构成链表。以下是按以上算法编写的程序。

【程序】

# include <stdio.h>

# include <stdlib.h>

typedef  struct  ele

{     int  vno;

       struct  ele  *link;

}     ELE;

typedef  struct  hnode

{     int  remainder;

       ELE  *head;

       Struct  hnode  *next;

}     HNODE;

void  main()

{     int  n, i, box_count, box_volume, *a;

       HNODE  *box_h,  *box_t,  *j;

       ELE   *p,  *q;

       Printf(“输入箱子容积\n”);

       Scanf(“%d”,&box_volume);

       Printf(“输入物品种数\n”);

       Scanf(“%d”,&n);

       A=(int *)malloc(sizeof(int)*n);

       Printf(“请按体积从大到小顺序输入各物品的体积:”);

       For (i=0;i<n;i++)    scanf(“%d”,a+i);

       Box_h=box_t=NULL;

       Box_count=0;

       For (i=0;i<n;i++)

       {     p=(ELE *)malloc(sizeof(ELE));

              p->vno=i;

              for (j=box_h;j!=NULL;j=j->next)

                     if (j->remainder>=a[i])   break;

              if (j==NULL)

              {     j=(HNODE *)malloc(sizeof(HNODE));

                     j->remainder=box_volume-a[i];

                     j->head=NULL;

                     if (box_h==NULL)        box_h=box_t=j;

                     else  box_t=boix_t->next=j;

                     j->next=NULL;

                     box_count++;

              }

              else  j->remainder-=a[i];

              for (q=j->next;q!=NULL&&q->link!=NULL;q=q->link);

              if (q==NULL)

              {     p->link=j->head;

                     j->head=p;

              }

              else

              {     p->link=NULL;

                     q->link=p;

              }

       }

       printf(“共使用了%d只箱子”,box_count);

       printf(“各箱子装物品情况如下:”);

       for (j=box_h,i=1;j!=NULL;j=j->next,i++)

       {     printf(“第%2d只箱子,还剩余容积%4d,所装物品有;\n”,I,j->remainder);

              for (p=j->head;p!=NULL;p=p->link)

                     printf(“%4d”,p->vno+1);

              printf(“\n”);

       }

}

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