遗传算法求解背包问题的程序

C++0-1背包 只要遗传算法 别用其他的什么思路 只求最多的重量 详细的整个程序

1楼的不是遗传算法吧！
刚好做过这个遗传算法解背包问题的论文，给你回答啦~~独家哦，分数要给偶~~

1、程序开发环境
开发环境：Visual C++6.0 (把Fortran程序改为VC)
操作系统：Windows 2003 Professional
2、程序性能对比
运行时间与加速比（如表1所示）
进程数p（个） 1 2 4
运行时间t（秒） 129s 78s 38s
加速比s 1.65 3.38
表1、运行时间与加速比
3、程序运行结果：
实例数据：
假设物体的重量Weight、物体的收益Profit和背包的容量Contain 分别为：
Weight={ 80，82，85，70，72， 70，66，50，55，25 ，
50，55，40，48，50， 32，22，60，30，32 ，
40，38，35，32，25， 28，30，22，50，30 ，
45，30，60，50，20 ， 65，20，25，30，10 ，
20，25，15，10，10 ， 10，4， 4， 2， 1 }
Profit={ 220，208，198，192，180， 180，165，162，160，158，
155，130，125，122，120 ， 118，115，110，105，101，
100，100，98， 96， 95， 90， 88， 82， 80， 77 ，
75， 73， 72， 70， 69， 66， 65， 63， 60， 58，
56， 50， 30， 20， 15， 10， 8， 5， 3， 1}
Contain=1000，
如何选择哪些物品装入该背包可使得在背包的容量约束限制之内所装物品的总价值最大?
传统的算法（动态规划、递归回溯法和贪心算法所得结果：
总价值为3077 , 总重量为999。
2001年张铃，张钹教授在计算机学报上发表的《佳点集遗传算法》所得结果
总价值为3103, 总重量为1000。
我们算法所得结果： 总价值为3103, 总重量为1000。
我们所求得最优解的个体分配情况为：
11010 10111 10110 11011 01111 11101 00001 01001 10000
01000
算法 最大迭代次数 总价值为 总重量为
传统的算法 400 3077 999
佳点集算法 70 3103 1000
遗传算法 75 3103 1000

// knapsack.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"

#include <AfxWin.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <time.h>
#include <conio.h>
#include <stdio.h>

// 重要常量参数
#define popsize 200 //种群的规模
#define pc 0.618 //杂交概率
#define pm 0.03 //变异概率
#define lchrom 50 //染色体长度
#define maxgen 1000 //最大进化代数

struct population
{
unsigned int chrom[lchrom]; //染色体
double weight; //背包重量
double fitness; //适应度
unsigned int parent1,parent2,cross; //双亲、交叉点
};

//新生代种群、父代种群
struct population oldpop[popsize],newpop[popsize];

//背包问题中物体重量、收益、背包容量
int weight[lchrom],profit[lchrom],contain;

//种群的总适应度、最小、最大、平均适应度
double sumfitness,minfitness,maxfitness,avgfitness;

//计算适应度时使用的 惩罚函数系数
double alpha;

//一个种群中最大和最小适应度的个体
int minpop,maxpop;


void read_infor()
{
FILE *fp;
int j;

//获取背包问题信息文件
if ((fp=fopen("knapsack.txt","r"))==NULL)
{
//读取文件失败
AfxMessageBox("The file is not found",MB_OK,NULL);
return;
}
//读入物体收益信息
for (j=0;j<lchrom;j++)
{
fscanf(fp,"%d",&profit[j]);
}
//读入物体重量信息
for (j=0;j<lchrom;j++)
{
fscanf(fp,"%d",&weight[j]);
}
//读入背包容量
fscanf(fp,"%d",&contain);
fclose(fp);

}

//根据计算的个体重量,判断此个体是否该留在群体中
double cal_weight(unsigned int *chr)
{
int j;
double pop_weight;//背包重量

pop_weight=0;
for (j=0;j<lchrom;j++)
{
pop_weight=pop_weight+(*chr)*weight[j];
chr++;
}
return pop_weight;
}


double cal_fit(unsigned int *chr)
{
int j;
double pop_profit;//适应度

pop_profit=0;
// pop_weight=0;

for (j=0;j<lchrom;j++)
{
pop_profit=pop_profit+(*chr)*profit[j];
// pop_weight=pop_weight+(*chr)*weight[j];
chr++;
}

return pop_profit;
}


void statistics(struct population *pop)
{
int i;
double tmp_fit;

sumfitness=pop[0].fitness;
minfitness=pop[0].fitness;
minpop=0;
maxfitness=pop[0].fitness;
maxpop=0;

for (i=1;i<popsize;i++)
{
//计算种群的总适应度
sumfitness=sumfitness+pop[i].fitness;
tmp_fit=pop[i].fitness;
//选择种群中最大适应度的个体
if ((tmp_fit>maxfitness)&&((int)(tmp_fit*10)%10==0))
{
maxfitness=pop[i].fitness;
maxpop=i;
}

//选择种群中最小适应度的个体
if (tmp_fit<minfitness)
{
minfitness=pop[i].fitness;
minpop=i;
}

//计算平均适应度
avgfitness=sumfitness/(float)popsize;
}
// printf("\nthe max pop = %d;",maxpop);
// printf("\nthe min pop = %d;",minpop);
// printf("\nthe sumfitness = %f\n",sumfitness);
}

//报告种群信息
void report(struct population *pop,int gen)
{
int j;
int pop_weight=0;

printf("the generation is %d.\n",gen); //输出种群的代数
//输出种群中最大适应度个体的染色体信息
printf("The population's chrom is: \n");
for (j=0;j<lchrom;j++)
{
if (j%5==0)
{ printf(" ");}
printf("%1d",pop[maxpop].chrom[j]);
}
//输出群体中最大适应度
printf("\nThe population's max fitness is %d.",(int)pop[maxpop].fitness);
printf("\nThe knapsack weight is %d.\n\n",(int)pop[maxpop].weight);

}


void initpop()
{
int i,j,ispop;
double tmpWeight;
//变量用于判断是否为满足条件的个体
ispop=false;

//生成popsize个种群个体
for(i=0;i<popsize;i++)
{
while (!ispop)
{
for(j=0;j<lchrom;j++)
{
oldpop[i].chrom[j]=rand()%2; //随机生成个体的染色体
oldpop[i].parent1=0; //双亲
oldpop[i].parent2=0;
oldpop[i].cross=0; //交叉点
}

//选择重量小于背包容量的个体,即满足条件
tmpWeight=cal_weight(oldpop[i].chrom);
if (tmpWeight<=contain)
{
oldpop[i].fitness=cal_fit(oldpop[i].chrom);
oldpop[i].weight=tmpWeight;
oldpop[i].parent1=0;
oldpop[i].parent2=0;
oldpop[i].cross=0;
ispop=true;
}
}
//此个体可以加入到种群中
ispop=false;
}
}



//概率选择试验
int execise(double probability)
{
double pp;
//如果生成随机数大于相应的概率则返回真，否则试验不成功
pp=(double)(rand()%20001/20000.0);
if (pp<=probability) return 1;
return 0;
}

// 选择进行交叉操作的个体
int selection(int pop)
{
double wheel_pos,rand_Number,partsum;
int parent;

//赌轮法选择
rand_Number=(rand()%2001)/2000.0;
wheel_pos=rand_Number*sumfitness; //赌轮大小

partsum=0;
parent=0;
do{
partsum=partsum+oldpop[parent].fitness;
parent=parent+1;
} while (partsum<wheel_pos && parent<popsize);
return parent-1;

}


int crossover(unsigned int *parent1,unsigned int *parent2,int i)
{
int j,cross_pos;
if (execise(pc))
{
//生成交叉位置0,1,...(lchrom-2)
cross_pos=rand()%(lchrom-1);
}
else cross_pos=lchrom-1;

for (j=0;j<=cross_pos;j++)
{ //保留复制；
//包括在概率选择不成功时，父体完全保留
newpop[i].chrom[j]=parent1[j];
}
for(j=cross_pos+1;j<=(lchrom-1);j++)
{
//从交叉点开始交叉
newpop[i].chrom[j]=parent2[j];
}

//记录交叉位置
newpop[i].cross=cross_pos;
return 1;
}


int mutation(unsigned int alleles)
{
if (execise(pm))
{
if (alleles)
alleles=0;
else alleles=1;
}
//返回变异值，或者返回原值
return alleles;
}


void generation()
{
unsigned int i,j,mate1,mate2;
double tmpWeight;
int ispop;//记录是否是符合条件的个体
i=0;
while (i<popsize)
{
ispop=false;
while (!ispop)
{
//选择
mate1=selection(i);
mate2=selection(i+1);

//交叉
crossover(oldpop[mate1].chrom,oldpop[mate2].chrom,i);

//变异
for (j=0;j<lchrom;j++)
{
newpop[i].chrom[j]=mutation(newpop[i].chrom[j]);
}

//选择重量小于背包容量的个体,即满足条件
tmpWeight=cal_weight(newpop[i].chrom);
if (tmpWeight<=contain)
{
newpop[i].fitness=cal_fit(newpop[i].chrom);
newpop[i].weight=tmpWeight;
newpop[i].parent1=mate1;
newpop[i].parent2=mate2;
ispop=true;
}
}
//此个体可以加入到种群中
i=i+1;
}
}

void main(int argc, char* argv[])
{
int gen,oldmaxpop,k;
double oldmax;

read_infor();//读入背包信息
gen=0;
srand( (unsigned)time( NULL ) );//置随机种子
initpop();
memcpy(&newpop,&oldpop,popsize*sizeof(struct population));
statistics(newpop);//统计新生种群的信息
report(newpop,gen);
while(gen<maxgen)
{
gen=gen+1;
if (gen%100==0)
{
srand( (unsigned)time( NULL ) );//置随机种子
}
oldmax=maxfitness;
oldmaxpop=maxpop;
generation();
statistics(newpop); //统计新生代种群信息
//如果新生代种群中个体的最大适应度小于老一代种群
//个体的最大适应度，则保存老一代种群个体的最大适应度
//否则报告新生代的最大适应度
if (maxfitness<oldmax)
{
for(k=0;k<lchrom;k++)
newpop[minpop].chrom[k]=oldpop[oldmaxpop].chrom[k];
newpop[minpop].fitness=oldpop[oldmaxpop].fitness;
newpop[minpop].parent1=oldpop[oldmaxpop].parent1;
newpop[minpop].parent2=oldpop[oldmaxpop].parent2;
newpop[minpop].cross=oldpop[oldmaxpop].cross;
statistics(newpop);
}
else if (maxfitness>oldmax)
{
report(newpop,gen);
}

//保存新生代种群的信息到老一代种群信息空间
memcpy(&oldpop,&newpop,popsize*sizeof(struct population));
}

printf("It is over.");
getch();
}

1．0-1背包： 每个背包只能使用一次或有限次(可转化为一次)： A.求最多可放入的重量。 NOIP2001 装箱问题 有一个箱子容量为v(正整数，o≤v≤20000)，同时有n个物品(o≤n≤30)，每个物品有一个体积 (正整数)。要求从 n 个物品中，任取若千个装入箱内，使箱子的剩余空间为最小。 l 搜索方法 procedure search(k,v:integer); {搜索第k个物品，剩余空间为v} var i,j:integer; begin if v<best then best:=v; if v-(s[n]-s[k-1])>=best then exit; {s[n]为前n个物品的重量和} if k<=n then begin if v>w[k] then search(k+1,v-w[k]); search(k+1,v); end; end; l DP F[I,j]为前i个物品中选择若干个放入使其体积正好为j的标志，为布尔型。 实现:将最优化问题转化为判定性问题 f [I, j] = f [ i-1, j-w[i] ] (w[I]<=j<=v) 边界：f[0,0]:=true. For I:=1 to n do For j:=w[I] to v do F[I,j]:=f[I-1,j-w[I]]; 优化：当前状态只与前一阶段状态有关，可降至一维。 F[0]:=true; For I:=1 to n do begin F1:=f; For j:=w[I] to v do If f[j-w[I]] then f1[j]:=true; F:=f1; End; B.求可以放入的最大价值。 F[I,j] 为容量为I时取前j个背包所能获得的最大价值。 F [i,j] = max { f [ i – w [ j ], j-1] + p [ j ], f[ i,j-1] } C.求恰好装满的情况数。 DP: Procedure update; var j,k:integer; begin c:=a; for j:=0 to n do if a[j]>0 then if j+now<=n then inc(c[j+now],a[j]); a:=c; end; 2．可重复背包 A求最多可放入的重量。 F[I,j]为前i个物品中选择若干个放入使其体积正好为j的标志，为布尔型。 状态转移方程为 f[I,j] = f [ I-1, j – w[I]*k ] (k=1.. j div w[I]) B.求可以放入的最大价值。 USACO 1.2 Score Inflation 进行一次竞赛，总时间T固定，有若干种可选择的题目，每种题目可选入的数量不限，每种题目有一个ti（解答此题所需的时间）和一个si（解答此题所得的分数），现要选择若干题目，使解这些题的总时间在T以内的前提下，所得的总分最大，求最大的得分。 *易想到： f[i,j] = max { f [i- k*w[j], j-1] + k*p[j] } (0<=k<= i div w[j]) 其中f[i,j]表示容量为i时取前j种背包所能达到的最大值。 *实现： Begin FillChar(f,SizeOf(f),0); For i:=1 To M Do For j:=1 To N Do If i-problem[j].time>=0 Then Begin t:=problem[j].point+f[i-problem[j].time]; If t>f[i] Then f[i]:=t; End; Writeln(f[M]); End. C.求恰好装满的情况数。 Ahoi2001 Problem2 求自然数n本质不同的质数和的表达式的数目。 思路一，生成每个质数的系数的排列，在一一测试，这是通法。 procedure try(dep:integer); var i,j:integer; begin cal; {此过程计算当前系数的计算结果，now为结果} if now>n then exit; {剪枝} if dep=l+1 then begin {生成所有系数} cal; if now=n then inc(tot); exit; end; for i:=0 to n div pr[dep] do begin xs[dep]:=i; try(dep+1); xs[dep]:=0; end; end; 思路二，递归搜索效率较高 procedure try(dep,rest:integer); var i,j,x:integer; begin if (rest<=0) or (dep=l+1) then begin if rest=0 then inc(tot); exit; end; for i:=0 to rest div pr[dep] do try(dep+1,rest-pr[dep]*i); end; {main: try(1,n); } 思路三：可使用动态规划求解 USACO1.2 money system V个物品，背包容量为n，求放法总数。 转移方程： Procedure update; var j,k:integer; begin c:=a; for j:=0 to n do if a[j]>0 then for k:=1 to n div now do if j+now*k<=n then inc(c[j+now*k],a[j]); a:=c; end; {main} begin read(now); {读入第一个物品的重量} i:=0; {a[i]为背包容量为i时的放法总数} while i<=n do begin a[i]:=1; inc(i,now); end; {定义第一个物品重的整数倍的重量a值为1，作为初值} for i:=2 to v do begin read(now); update; {动态更新} end; writeln(a[n]);