Java實現優先佇列式廣度優先搜尋演演算法的範例程式碼

package com.platform.modules.alg.alglib.p933;
 
import java.util.Arrays;
import java.util.PriorityQueue;
 
public class P933 {
    public static final int N = 10;
    // 記錄最優解
    boolean bestx[] = new boolean[N];
    // 輔助陣列,用於儲存排序後的重量和價值
    private int w[] = new int[N];
    private int v[] = new int[N];
    Goods goods[] = new Goods[N];
    Object S[] = new Object[N];
    // 用來記錄最優解
    Integer bestp;
    // 為揹包的最大容量
    int W;
    // 為物品的個數。
    int n;
    // 為所有物品的總重量。
    int sumw;
    // 為所有物品的總價值
    int sumv;
    public String output = "";
 
    public P933() {
        for (int i = 0; i < goods.length; i++) {
            goods[i] = new Goods();
        }
        for (int i = 0; i < S.length; i++) {
            S[i] = new Object();
        }
    }
 
    // 計算節點的上界
    double Bound(Node tnode) {
        // 已裝入揹包物品價值
        double maxvalue = tnode.cp;
        int t = tnode.id; // 排序後序號
        double left = tnode.rw; // 剩餘容量
        while (t <= n && w[t] <= left) {
            maxvalue += v[t];
            left -= w[t++];
        }
        if (t <= n)
            maxvalue += ((double) (v[t])) / w[t] * left;
        return maxvalue;
    }
 
    public String cal(String input) {
 
 
        String[] line = input.split("n");
        String[] words = line[0].split(" ");
        // 物品的個數和揹包的容量
        n = Integer.parseInt(words[0]);
        W = Integer.parseInt(words[1]);
        bestp = 0; // 用來記錄最優解
        sumw = 0; // sumw 為所有物品的總重量。
        sumv = 0; // sumv為所有物品的總價值
 
        words = line[1].split(" ");
        for (int i = 1; i <= words.length / 2; i++) { // 輸入每個物品的重量和價值,用空格分開
            goods[i].weight = Integer.parseInt(words[2 * i - 2]);
            goods[i].value = Integer.parseInt(words[2 * i - 1]);
            sumw += goods[i].weight;
            sumv += goods[i].value;
            S[i - 1].id = i;
            S[i - 1].d = 1.0 * goods[i].value / goods[i].weight;
        }
        if (sumw <= W) {
            bestp = sumv;
            output = bestp.toString();
            return output;
        }
        Arrays.sort(S); // 按價值重量比非遞增排序
        for (int i = 1; i <= n; i++) {//把排序後的資料傳遞給輔助陣列
            w[i] = goods[S[i - 1].id].weight;
            v[i] = goods[S[i - 1].id].value;
        }
        priorbfs();//優先佇列分支限界法
        output += bestp + "n";
 
        for (int i = 1; i <= n; i++) { // 輸出最優解
            if (bestx[i])
                output += S[i - 1].id + " "; // 輸出原物品序號(排序前的)
        }
        return output;
    }
 
    // 優先佇列式分支限界法
    int priorbfs() {
        // 當前處理的物品序號t，當前裝入揹包物品價值tcp,當前剩餘容量trw
        int t, tcp, trw;
        double tup;  // 當前價值上界 tup
        PriorityQueue<Node> q = new PriorityQueue<>(); // 優先佇列
 
        q.add(new Node(0, sumv, W, 1)); // 初始化,根結點加入優先佇列
        while (!q.isEmpty()) {
            // 定義三個結點型變數
            Node livenode;
            Node lchild = new Node();
            Node rchild = new Node();
            livenode = q.peek(); // 取出隊頭元素作為當前擴充套件結點 livenode
            q.poll(); // 隊頭元素出隊
            t = livenode.id; // 當前處理的物品序號
            // 搜到最後一個物品的時候不需要往下搜尋。
            // 如果當前的揹包沒有剩餘容量(已經裝滿)了，不再擴充套件。
            if (t > n || livenode.rw == 0) {
                if (livenode.cp >= bestp) { // 更新最優解和最優值
                    for (int i = 1; i <= n; i++)
                        bestx[i] = livenode.x[i];
                    bestp = livenode.cp;
                }
                continue;
            }
            if (livenode.up < bestp)//如果不滿足不再擴充套件
                continue;
            tcp = livenode.cp; //當前揹包中的價值
            trw = livenode.rw; //揹包剩餘容量
            if (trw >= w[t]) { //擴充套件左孩子，滿足約束條件，可以放入揹包
                lchild.cp = tcp + v[t];
                lchild.rw = trw - w[t];
                lchild.id = t + 1;
                tup = Bound(lchild); //計算左孩子上界
                lchild = new Node(lchild.cp, tup, lchild.rw, lchild.id);
                for (int i = 1; i <= n; i++)//複製以前的解向量
                    lchild.x[i] = livenode.x[i];
                lchild.x[t] = true;
                if (lchild.cp > bestp)//比最優值大才更新
                    bestp = lchild.cp;
                q.add(lchild);//左孩子入隊
            }
            rchild.cp = tcp;
            rchild.rw = trw;
            rchild.id = t + 1;
            tup = Bound(rchild);//計算右孩子上界
            if (tup >= bestp) {//擴充套件右孩子，滿足限界條件，不放入
                rchild = new Node(tcp, tup, trw, t + 1);
                for (int i = 1; i <= n; i++)//複製以前的解向量
                    rchild.x[i] = livenode.x[i];
                rchild.x[t] = false;
                q.add(rchild);//右孩子入隊
            }
        }
        return bestp;//返回最優值。
    }
}
 
// 定義結點。每個節點來記錄當前的解。
class Node implements Comparable<Node> {
    int cp; // cp 為當前裝入揹包的物品總價值
    double up; // 價值上界
    int rw; //  剩餘容量
    int id; // 物品號
    boolean x[] = new boolean[P933.N]; // 解向量
 
    Node() {
    }
 
    Node(int _cp, double _up, int _rw, int _id) {
        cp = _cp;
        up = _up;
        rw = _rw;
        id = _id;
    }
 
    @Override
    public int compareTo(Node o) {
        return (this.up - o.up) > 0 ? 1 : -1;
    }
}
 
// 物品
class Goods {
    int weight; // 重量
    int value; // 價值
}
 
// 輔助物品結構體，用於按單位重量價值(價值/重量比)排序
class Object implements Comparable {
    int id; // 序號
    double d; // 單位重量價值
 
 
    @Override
    public int compareTo(java.lang.Object o) {
        return this.d > ((Object) o).d ? -1 : 1;
    }
}