算法实验报告3——分支限界

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1.艰难旅行问题

现已知一个大小为 N · M 的地图，地图中只有可能出现两个数字：0 或 1，规定如果位于数字为 0 的格子上，则下一步只能往相邻四个格子中数字为 1 的格子走，如果位于数字为 1 的格子上，则下一步只能往相邻四个格子中数字为 0 的格子走。如果给定起点格子，则可以向上下左右四个方向移动，且同一个格子不能重复走，求能在地图中到达多少格子？

兔兔
兔兔

我觉得这个题深搜广搜都可以。

DFS

#include<bits/stdc++.h>


const int maxn=2333;
const int maxm=2333;
int mp[maxn][maxm];
int vis[maxn][maxm];
int N,M;

const int dx[] = {0,1,-1,0,0};
const int dy[] = {0,0,0,1,-1};
int dfs(int x,int y){
//  printf("de:%d %d\n",x,y);
  int now = mp[x][y];
  vis[x][y]=1;
  int res = 0;
  res++;
  for(int i =1;i<=4;++i){
    int nx = x+dx[i];
    int ny = y+dy[i];
    if((nx>N)||(ny>M)||(nx<=0)||(ny<=0))continue;
    if((mp[nx][ny]^now )&& (!vis[nx][ny])){
      vis[nx][ny]=1;
      res+=dfs(nx,ny);
    }
  }
  return res;
}

int main(){
  using namespace std;
  cin>>N>>M;
  for(int i=1;i<=N;++i){
    for(int j=1;j<=M;++j){
      cin>>mp[i][j];
    }
  }  
  int st,sy;
  cin>>st>>sy;
  int ans=dfs(st,sy);
  cout<<ans<<"\n";
}

T1_1.in

T1_2.in

T1_3.in

样例：

样例1：

样例2：

样例3：

BFS

#include<bits/stdc++.h>

const int maxn=2333;
const int maxm=2333;
int mp[maxn][maxm];
int vis[maxn][maxm];
int N,M;

const int dx[] = {0,1,-1,0,0};
const int dy[] = {0,0,0,1,-1};


int dfs(int x,int y){
//  printf("de:%d %d\n",x,y);
  int now = mp[x][y];
  vis[x][y]=1;
  int res = 0;
  res++;
  for(int i =1;i<=4;++i){
    int nx = x+dx[i];
    int ny = y+dy[i];
    if((nx>N)||(ny>M)||(nx<=0)||(ny<=0))continue;
    if((mp[nx][ny]^now )&& (!vis[nx][ny])){
      vis[nx][ny]=1;
      res+=dfs(nx,ny);
    }
  }
  return res;
}


int bfs(int x, int y){
  using namespace std;
  queue< pair<int,int> > q;
  q.push(make_pair(x,y));
  int ans = 1;//开始的st sy一定能到达
  vis[x][y] = 1;
  while(!q.empty()){
    pair<int,int> tmp;
    tmp = q.front();
    q.pop();
  	int nowx = tmp.first;
    int nowy = tmp.second;
    int now = mp[nowx][nowy];
    for(int i=1;i<=4;++i){
      int nx = nowx+dx[i];
      int ny = nowy+dy[i];
      // printf("deee:%d %d\n",nx,ny);
      if((nx>N)||(ny>M)||(nx<=0)||(ny<=0))continue;
      if((mp[nx][ny]^now )&& (!vis[nx][ny])){
        vis[nx][ny]=1;
        q.push(make_pair(nx,ny));
        ans++;
      }
    }
  }
  return ans;
}

int main(){
  using namespace std;
  cin>>N>>M;
  for(int i=1;i<=N;++i){
    for(int j=1;j<=M;++j){
      cin>>mp[i][j];
    }
  }  
  int st,sy;
  cin>>st>>sy;
  int ans=bfs(st,sy);
  cout<<ans<<"\n";
}

python版本：

from collections import deque

maxn = 2333
maxm = 2333
mp = [[0] * maxm for _ in range(maxn)]
vis = [[0] * maxm for _ in range(maxn)]
N, M = 0, 0

dx = [0, 1, -1, 0, 0]
dy = [0, 0, 0, 1, -1]


def dfs(x, y):
    now = mp[x][y]
    vis[x][y] = 1
    res = 1
    for i in range(1, 5):
        nx = x + dx[i]
        ny = y + dy[i]
        if nx > N or ny > M or nx <= 0 or ny <= 0:
            continue
        if mp[nx][ny] != now and not vis[nx][ny]:
            res += dfs(nx, ny)
    return res


def bfs(x, y):
    q = deque()
    q.append((x, y))
    ans = 1 
    vis[x][y] = 1
    while q:
        nowx, nowy = q.popleft()
        now = mp[nowx][nowy]
        for i in range(1, 5):
            nx = nowx + dx[i]
            ny = nowy + dy[i]
            if nx > N or ny > M or nx <= 0 or ny <= 0:
                continue
            if mp[nx][ny] != now and not vis[nx][ny]:
                vis[nx][ny] = 1
                q.append((nx, ny))
                ans += 1
    return ans


def main():
    global N, M
    N, M = map(int, input().split())
    for i in range(1, N + 1):
        mp[i][1:M+1] = list(map(int, input().split()))

    st, sy = map(int, input().split())
    ans = bfs(st, sy)
    print(ans)


if __name__ == "__main__":
    main()

2.混乱地铁问题

在某一个城市中地铁网极度混乱。一条地铁线路上有 n 个地铁站，分别编号为 1 到 n。地铁线路上的每一个站都会停靠地铁，每一个地铁站上都有一个数字 m，代表从此站出发乘客必须乘坐的站数。
每个地铁站都有通往两个方向的地铁。因此既可以向编号大的方向前进 m 站，也可以向编号小的方向前进 m 站。但如果前进后超出了地铁站的范围，则该地铁不可被乘坐。例如编号为 1 的地铁上的数字为 3，那么在该地铁站上车，可以向正方向坐车到 4 号地铁站。但不能反方向坐车到 -2 号地铁站，因为 -2 号地铁站不存在。现在乘客从 A 号地铁站出发，想要到达 B 号地铁站，求他能否到达，最少要搭乘多少次地铁？

每次换乘作为一层深度，需要求出最小的深度，如果在当前层（当前换层次数下）可以有解，那么后面一层的解一定不如当前的好。
根据这个性质BFS会比DFS更先搜索到解，而在这个问题下，我们不需要遍历一整棵搜索树，因此，当搜索到任意一个解的时候，任务完成。

可以用邻接表来进行加边。对于\(i\)节点可以到达的节点为\(i-w\)和\(i+w\)

int ww ;cin>>ww;
if(i-ww>0)addedge(i,i-ww,1);//权值在此题没有意义
if(i+ww<=N)addedge(i,i+ww,1);

C++(c with STL)代码：

#include<bits/stdc++.h>

const int maxn=114514;
const int maxm=12345;
struct edge{
  int u,v,w,nxt;
}edge[maxm<<1];
int fst[maxn];
int cnt;
inline void addedge(int u,int v,int w){
  edge[++cnt].u=u,edge[cnt].v=v,edge[cnt].w=w;
  edge[cnt].nxt=fst[u];
  fst[u]=cnt;
}
int N,M;

int vis[maxn],dis[maxn];
int bfs(int u,int dst){
  using namespace std;
  queue<int> q;
  q.push(u);
  vis[u]=1;//当有最优解的时候一个节点最多走一次
  dis[u]=0;//进站是0
  while(!q.empty()){
    int now = q.front();//当前所在的地铁now
    q.pop();
    if(now==dst)return dis[now];//如果当前到达了目的地就可以退出了。
    for(int i = fst[now];i;i=edge[i].nxt){//遍历当前地铁可以去的全部节点
      int v = edge[i].v;//即将要去的节点
      if(!vis[v]){//如果没有访问到过
        // printf("debug___%d->%d\n",now,v);
        q.push(v);
        vis[v]=1;
        dis[v]=dis[now]+1;//更新距离
        if(v==dst)return dis[v];//没什么用的优化，提前退出返回答案
      }
    }
  }
  return -1;//没有搜索到结果
}

int main(){
  using namespace std;
  cin>>N>>M;
  for(int i=1;i<=N;++i){
    int ww ;cin>>ww;
    if(i-ww>0)addedge(i,i-ww,1);//权值在此题没有意义
    if(i+ww<=N)addedge(i,i+ww,1);
  }
  int st,dt;cin>>st>>dt;
  cout<<bfs(st,dt);
}

python版本：

from collections import deque
maxn = 114514
maxm = 12345
class Edge:
  def __init__(self, u=0, v=0, w=0, nxt=0):
    self.u = u
    self.v = v
    self.w = w
    self.nxt = nxt
edges = [Edge() for _ in range(maxm << 1)]
fst = [0] * maxn
cnt = 0
def addedge(u, v, w):
  global cnt, edges, fst
  cnt += 1
  edges[cnt].u = u
  edges[cnt].v = v
  edges[cnt].w = w
  edges[cnt].nxt = fst[u]
  fst[u] = cnt
N, M = 0, 0
vis = [0] * maxn
dis = [0] * maxn
def bfs(u, dst):
  q = deque()
  q.append(u)
  vis[u] = 1
  dis[u] = 0 
  while q:
    now = q.popleft() 
    if now == dst:
        return dis[now] 
    i = fst[now]
    while i:
      v = edges[i].v  
      if not vis[v]:  
        q.append(v)
        vis[v] = 1
        dis[v] = dis[now] + 1 
        if v == dst:
          return dis[v]
      i = edges[i].nxt
  return -1 
def main():
  global N, M
  N, M = map(int, input().split())
  for i in range(1, N + 1):
    ww = int(input())
    if i - ww > 0:
      addedge(i, i - ww, 1)  # The weight has no meaning in this problem
    if i + ww <= N:
      addedge(i, i + ww, 1)
  st, dt = map(int, input().split())
  print(bfs(st, dt))

if __name__ == "__main__":
    main()

3.0-1背包问题

在非空间压缩的基础上（二维dp数组），如何反求出我选了什么？

其实挺简单：

从dp[N][M]开始，逆向查找哪些物品被放入了背包
比较dp[i][j]与dp[i-1][j]是否相等：
如果相等，说明第i件物品没有被放入背包。
如果不相等，说明第i件物品被放入了背包，将这个物品记录下来，并将j更新为j-w[i]。
将i减1，继续比较。
重复这个过程，直到i为0或者j为0。

具体代码实现：

//反求选了哪几个
int i = N;
int j = W;
for(;i>0&&j>0;i--){
  if(dp[i][j] != dp[i-1][j]){
    res[++cnt]=i;
    j = j-w[i];
  }
}
for(int i=1;i<=cnt;++i){
  printf("sel: %d\n",res[i]);
}

完整C语言：

#include<iostream>
const int maxn = 1e4+102;
int dp[maxn][maxn];
int w[maxn],v[maxn];
int N,W;


int res[maxn];
int cnt;

int main(){
  using namespace std;
  cin>>N>>W;
  for(int i=1;i<=N;++i){
    cin>>w[i]>>v[i];
  }
  //dp 不装东西的时候假设价值是0
  for(int i=1;i<=N;++i){
    dp[i][0]=0;
  }
  for(int i=1;i<=N;++i){
    for(int j=0;j<=W;++j){
      if(j-w[i]<0)dp[i][j]=dp[i-1][j];
      else dp[i][j] = max(dp[i-1][j],dp[i-1][j-w[i]]+v[i]);
    }
  }
  cout<<dp[N][W]<<"\n";

  //反求选了哪几个
  int i = N;
  int j = W;
  for(;i>0&&j>0;i--){
    if(dp[i][j] != dp[i-1][j]){
      res[++cnt]=i;
      j = j-w[i];
    }
  }
  for(int i=1;i<=cnt;++i){
    printf("sel: %d\n",res[i]);
  }
}

具体的python实现：

def main():
  N, W = map(int, input().split())
  w = [0] * (N + 1)
  v = [0] * (N + 1)
  for i in range(1, N + 1):
    w[i], v[i] = map(int, input().split())

  dp = [[0] * (W + 1) for _ in range(N + 1)]

  for i in range(1, N + 1):
    for j in range(W + 1):
      if j - w[i] < 0:
        dp[i][j] = dp[i - 1][j]
      else:
        dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - w[i]] + v[i])
  print(dp[N][W])
  
  res = []
  i, j = N, W
  while i > 0 and j > 0:
    if dp[i][j] != dp[i - 1][j]:
      res.append(i)
      j -= w[i]
    i -= 1
  for i in range(len(res)):
      print(f"sel: {res[i]}")

if __name__ == "__main__":
    main()

4.P120第2题

已知一个n·m的国际象棋棋盘，现给定一个起始点、终点。若在起始点上有一个马，问：从起始点出发，马能否到达终点，到终点最少需要走几步？输入中包含棋盘的大小、起始点坐标、终点坐标。（马走“日”字。）

这个
比较神奇，它可以走日字：

找了个差不多的题目

https://www.luogu.com.cn/problem/P1443

因为求的是最少走多少步，我们在当前的状态里可以求得答案的话，那么下层状态求的一定是更多的数量。
这个性质直接用BFS就可以啦
大兔子

N , M ,sx, sy = map(int , input().split())
mp = [[0 for j in range(1,M+1) ]for i in range(1,N+1)]
from collections import deque
# 我的马可以走这些地方
dx = [0,-1,-2,-2,-1,1,2,2,1]
dy = [0,2,1,-1,-2,2,1,-1,-2]
def bfs(stx,sty,dstx,dsty):
  # 一个点可以走三次
  vis = [[0 for j in range(M+1)]for i in range(N+1)]
  dis = [[0 for j in range(M+1)]for i in range(N+1)]
  q = deque()
  q.append((stx,sty))
  dis[stx][sty]=0
  vis[stx][sty]=1
  while q:
    x,y = q.popleft()
    if x == dstx and y == dsty:
      return dis[x][y]
    for i in range(1,9):
      # print(i)
      nx = x+dx[i]
      ny = y+dy[i]
      if 1 <= nx <= N and 1 <= ny <= M and vis[nx][ny] == 0:
        vis[nx][ny]=1
        q.append((nx,ny))
        dis[nx][ny]= dis[x][y]+1
  return -1

for i in range(N):
  for j in range(M):
    print(bfs(sx,sy,i+1,j+1),end=" ")
  print()

虽然没过，试一试c++：

用c++试一试：

#include<bits/stdc++.h>

const int maxn = 2333;
const int maxm = 2333;
int dx[] = {0,-1,-2,-2,-1,1,2,2,1};
int dy[] = {0,2,1,-1,-2,2,1,-1,-2};
int N,M;
int vis[maxn][maxm];
int dis[maxn][maxm];
#define rep(i,x,y) for(int i=x;i<=y;++i)

inline void clear(){
  rep(i,1,N){
    rep(j,1,M){
      vis[i][j]=0;
      dis[i][j]=0;
    }
  }
}

inline int bfs(int stx,int sty,int dstx,int dsty){
  using namespace std;
  queue<pair<int, int>> q;
  clear();
  q.push({stx, sty});
  vis[stx][sty] = 1;
  while (!q.empty()) {
    int x = q.front().first;
    int y = q.front().second;
    q.pop();
    if(x==dstx&&y==dsty){
      return dis[dstx][dsty];
    }
    for(int i=1;i<=8;++i){
      int nx = x+dx[i];
      int ny = y+dy[i];
      if (nx >= 1 && nx <= N && ny >= 1 && ny <= M && vis[nx][ny] == 0) {
        vis[nx][ny] = 1;
        q.push({nx, ny});
        dis[nx][ny] = dis[x][y] + 1;
      }
    }
  }
  return -1;
}
int main(){
  int sx,sy;
  std::cin>>N>>M>>sx>>sy;
  rep(i,1,N){
    rep(j,1,M){
      std::cout<<bfs(sx,sy,i,j)<<" ";
    }
    std::cout<<"\n";
  }
}

想了想，对于这个题，目标其实不变。所以不用bfs多次，bfs一次就行

C++:

python:

错怪python了

最后的代码：

C++

#include<bits/stdc++.h>

const int maxn = 800;
const int maxm = 800;
int dx[] = {0,-1,-2,-2,-1,1,2,2,1};
int dy[] = {0,2,1,-1,-2,2,1,-1,-2};
int N,M;
int vis[maxn][maxm];
int dis[maxn][maxm];
#define rep(i,x,y) for(int i=x;i<=y;++i)

inline void clear(){
  rep(i,1,N){
    rep(j,1,M){
      vis[i][j]=0;
      dis[i][j]=-1;
    }
  }
}

inline int bfs(int stx,int sty){
  using namespace std;
  queue<pair<int, int>> q;
  clear();
  q.push({stx, sty});
  vis[stx][sty] =1;
  dis[stx][sty] =0;
  while (!q.empty()) {
    int x = q.front().first;
    int y = q.front().second;
    q.pop();
    for(int i=1;i<=8;++i){
      int nx = x+dx[i];
      int ny = y+dy[i];
      if (nx >= 1 && nx <= N && ny >= 1 && ny <= M && vis[nx][ny] == 0) {
        vis[nx][ny] = 1;
        q.push({nx, ny});
        dis[nx][ny] = dis[x][y] + 1;
      }
    }
  }
  return -1;
}
int main(){
  int sx,sy;
  std::ios::sync_with_stdio(0);
  std::cin.tie(0);
  std::cin>>N>>M>>sx>>sy;
  bfs(sx,sy);
  rep(i,1,N){
    rep(j,1,M){
      std::cout<<dis[i][j]<<" ";
    }
    std::cout<<"\n";
  }
}

python:

N , M ,sx, sy = map(int , input().split())
mp = [[0 for j in range(1,M+1) ]for i in range(1,N+1)]
from collections import deque
# 我的马可以走这些地方
dx = [0,-1,-2,-2,-1,1,2,2,1]
dy = [0,2,1,-1,-2,2,1,-1,-2]
dis = [[-1 for j in range(M+1)]for i in range(N+1)]
def bfs(stx,sty):
  # 一个点可以走三次
  global dis
  vis = [[0 for j in range(M+1)]for i in range(N+1)]
  q = deque()
  q.append((stx,sty))
  dis[stx][sty]=0
  vis[stx][sty]=1
  while q:
    x,y = q.popleft()
    # if x == dstx and y == dsty:
    #   return dis[x][y]
    for i in range(1,9):
      # print(i)
      nx = x+dx[i]
      ny = y+dy[i]
      if 1 <= nx <= N and 1 <= ny <= M and vis[nx][ny] == 0:
        vis[nx][ny]=1
        q.append((nx,ny))
        dis[nx][ny]= dis[x][y]+1
  return -1

bfs(sx,sy)
for i in range(N):
  for j in range(M):
    print(dis[i+1][j+1],end=" ")
  print()

发表于 2023-11-06 20:36 dayi 阅读(11) 评论(0) 编辑收藏举报

会员力量，点亮园子希望

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算法实验报告3——分支限界

算法实验报告3——分支限界

1.艰难旅行问题

DFS

BFS

2.混乱地铁问题

3.0-1背包问题

4.P120第2题

虽然没过，试一试c++：

想了想，对于这个题，目标其实不变。所以不用bfs多次，bfs一次就行

C++:

python:

错怪python了

最后的代码：

C++

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