貪婪法是一種不追求最優解,只希望得到較爲滿意解的方法。貪婪法一般可以快速得到滿意的解,因爲它省去了爲找最優解要窮盡所有可能而必須耗費的大量時間。貪婪法常以當前情況爲基礎作最優選擇,而不考慮各種可能的整體情況,所以貪婪法不要回溯。
例如平時購物找錢時,爲使找回的零錢的硬幣數最少,不考慮找零錢的所有各種發表方案,而是從最大面值的幣種開始,按遞減的順序考慮各幣種,先儘量用大面值的幣種,當不足大面值幣種的金額時纔去考慮下一種較小面值的幣種。這就是在使用貪婪法。這種方法在這裏總是最優,是因爲銀行對其發行的硬幣種類和硬幣面值的巧妙安排。如只有面值分別爲1、5和11單位的硬幣,而希望找回總額爲15單位的硬幣。按貪婪算法,應找1個11單位面值的硬幣和4個1單位面值的硬幣,共找回5個硬幣。但最優的解應是3個5單位面值的硬幣。
【問題】 裝箱問題
問題描述:裝箱問題可簡述如下:設有編號爲0、1、…、n-1的n種物品,體積分別爲v0、v1、…、vn-1。將這n種物品裝到容量都爲V的若干箱子裏。約定這n種物品的體積均不超過V,即對於0≤i<n,有0<vi≤V。不同的裝箱方案所需要的箱子數目可能不同。裝箱問題要求使裝盡這n種物品的箱子數要少。
若考察將n種物品的集合分劃成n個或小於n個物品的所有子集,最優解就可以找到。但所有可能劃分的總數太大。對適當大的n,找出所有可能的劃分要花費的時間是無法承受的。爲此,對裝箱問題採用非常簡單的近似算法,即貪婪法。該算法依次將物品放到它第一個能放進去的箱子中,該算法雖不能保證找到最優解,但還是能找到非常好的解。不失一般性,設n件物品的體積是按從大到小排好序的,即有v0≥v1≥…≥vn-1。如不滿足上述要求,只要先對這n件物品按它們的體積從大到小排序,然後按排序結果對物品重新編號即可。裝箱算法簡單描述如下:
{ 輸入箱子的容積;
輸入物品種數n;
按體積從大到小順序,輸入各物品的體積;
預置已用箱子鏈爲空;
預置已用箱子計數器box_count爲0;
for (i=0;i<n;i++)
{ 從已用的第一隻箱子開始順序尋找能放入物品i 的箱子j;
if (已用箱子都不能再放物品i)
{ 另用一個箱子,並將物品i放入該箱子;
box_count++;
}
else
將物品i放入箱子j;
}
}
上述算法能求出需要的箱子數box_count,並能求出各箱子所裝物品。下面的例子說明該算法不一定能找到最優解,設有6種物品,它們的體積分別爲:60、45、35、20、20和20單位體積,箱子的容積爲100個單位體積。按上述算法計算,需三隻箱子,各箱子所裝物品分別爲:第一隻箱子裝物品 1、3;第二隻箱子裝物品2、4、5;第三隻箱子裝物品6。而最優解爲兩隻箱子,分別裝物品1、4、5和2、3、6。
若每隻箱子所裝物品用鏈表來表示,鏈表首結點指針存於一個結構中,結構記錄尚剩餘的空間量和該箱子所裝物品鏈表的首指針。另將全部箱子的信息也構成鏈表。以下是按以上算法編寫的程序。
【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("輸入箱子容積/n");
scanf("%d",&box_volume);
printf("輸入物品種數/n");
scanf("%d",&n);
a=(int *)malloc(sizeof(int)*n);
printf("請按體積從大到小順序輸入各物品的體積:");
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;
j->remainder-=a[i];
j->head=NULL;
if (box_h==NULL)
box_h=box_t=j;
else
box_t=box_t->next=j;
j->next=NULL;
box_count++;
}
else
j->remainder-=a[i];
for (q=j->head;q!=NULL&&q->link!=NULL;q=q->link);
if (q==NULL)
{
p->link=j->head;
j->head=p;
}
else
{
p->link=j->head;
j->head=p;
}
}
printf("共使用了%d只箱子",box_count);
printf("各箱子裝物品情況如下:");
for (j=box_h,i=1;j!=NULL;j=j->next,i++)
{
printf("第%2d只箱子,還剩餘容積%4d,所裝物品有;/n",i,j->remainder);
for (p=j->head;p!=NULL;p=p->link)
printf("%4d",a[p->vno]);
printf("/n");
}
}