1、问题
有n个集装箱要装上2艘载重量分别为c1和c2的轮船,其中第i个集装箱的重量为wi,要求确定是否有一个合理的装载方案可将这个集装箱装上这2艘轮船。如果有,找出一种装载方案。
注意,在满足的条件下才可能将这个集装箱装上这2艘轮船。
2、解析
解该类问题的思路是轻者先装,直到再装任何集装箱将使轮船载重量超过 C 时停止.在这之前我们首先明白一个定理:对于任何正整数 k,算法(轻者先装)对 k 个集装箱的实例得到最优解
以下为该定理的证明:
在这里是通过数学归纳法来证明的。
(1)k=1,只有 1 个集装箱,其重量小于 C。任何装法都只有一种方式,
因此都是最优解,因此轻者先装也是最优解。
(2)归纳假设:假设算法对于规模为 k 的输入都能得到最优解。
考虑规模为 k+1 的输入,N={1,2,3,…k+1},w={w1,w2,…, wk+1}是集装箱重量, w1<=w2<=…<= wk+1。
从 N 中拿掉最轻的集装箱,得到 k 规模的输入:
N’=N-{1}={2,3,…,k+1}
W’=W-{w1}
C’=C-w1
根据归纳假设,对于 k 个输入,N’、W’、C’的最优解为 I’,即
I’为 N’,不含 1 的最优解(归纳假设得),
令I=I’U{1},那么 I 必然是 N 的最优解,这也是算法对于 N,W,C 的解.
证明:I 必然是 N 的最优解,采用反证法,即假设 I 不是 N 的最优解。
(1)构建最优解 I*(N,含 1):假设 I 不是 N 的最优解。则必然存在
最优解 I*,如果 I中没有 1,用 1 替代 I中的第一个集装箱标号得到的解也是
最优解(个数不变,因此也是最优解),使得 I为包含 1 的关于 N 的最优解, 且|I|>|I|。 (2) 构建最优解 I*’( N’,不含 1):因为 I为包含 1 的关于 N
的最优解,构建的 I’=I*-{1}是不包含 1 的最优解(待证明),即关于 N’、 W’、C’的最优解(N’、W’、C’不包含 1)。
(3)构建的最优解 I*’与归纳假设的最优解 I’比较:由(1)
|I*|>|I|得,| I*’|= |I*-{1}|>|I-{1}|=|T’|,与 I’的最优性矛盾(最优解 I*-
{1}大于最优解 I’)
3、设计
(1)将W1,W2,…,Wn按照递降排序(降序的目的是加快回溯,大的数据容易超出船1的载重)。
(2)解向量<X1,X2,…,Xn>,其中Xi∈{0,1},1 <= i <= n搜索空间是子集树。
(3)在结点<X1,X2,…,Xk>的约束条件:∑WiXi <= C1
(4)满足多米诺条件:P(X1,X2,…,Xk+1)是(X1,X2,…,Xk+1)的某个性质
P(X1,X2,…,Xk+1)-> P(X1,X2,…,Xk)(0 < k < n)
要使回溯算法得到正确应用,必须满足多米诺性质
N皇后放置在彼此不能攻击的位置
背包问题
设Xi = ∑Xk * Wk,Xi+1 = ∑Xk * Wk
∵Xi+1 <= C,Wk > 0,Xk ∈{0,1}
∴Xi < Xi+1 <= C
装载问题
此处,P(X1,X2,…,Xk)= ∑WiXi > C1
∑WiXi > C1 ->∑WiXi > C1
∑WiXi<=C1->∑WiXi <= C1
4、分析
O(2^n)
5、源码
https://github.com/QiuYuSY/AlgorithmWork/blob/master/src/xsr/tenthLesson/tenthLesson.java