背包问题有部分背包问题、01背包问题、完全背包问题、多重背包问题以及混合背包问题等几种,其中01背包是最为基础的,理解全了01背包问题,其他的背包问题都迎刃而解。
有N件物品和一个容量为M的背包,设第i件物品的费用(体积重量)是w[i],价值是c[i]。求解如何选择物品可以使得费用(体积重量)总和不超过背包容量V,且价值最大。
01背包的特点:每种物品只有一件,可以选择放或不放
01背包状态分析
首先复习一下动态规划的核心思想:将每个状态的最优值记录下来
状态设置:设f[i][v]表示前i个物品放入一个容量为v的背包所获得的最大价值
只需考虑背包容量为v时,物品的放置情况如下(先理思路,图在后面,要耐心看哦):
(1)第i件物品的策略(放或不放)
放的状态:就是前i-1件物品在背包容量v-w[i]时的最优解+当前物品的价值c[i],也就是f[i-1][v-w[i]]+c[i]
不放的状态:就是前i-1件物品在背包容量同样为v时的最优解,也就是f[i-1][v]
(2)另一种情况:第i件物品的费用大于背包容量,根本放不进状态为:f[i-1][v]
01背包状态转移方程
如果第i件物品能放入背包中(w[i] <= v)则状态转移方程为:
如果第i件物品不能放入背包中(w[i] > v)则状态转移方程为:
最终的最优解就是f[N][M] (有N件物品和一个容量为M的背包)
01背包基本思路
阶段数:由N件物品的数目,和背包容量M共同确定的
状态:设f[i][v]表示前i个物品(全部物品或者部分物品)放入一个容量为v的背包可以获得的最大价值
边界条件:f[0][v]=0,f[i][0]=0没有物品放入最大价值为0
注意:这里的v是会变化的v=(0...M)
01背包动态规划基本思路
举一个例子我们一起来分析下:
假设有分别a、b、c的三件物品,费用分别是2、3、4,价值分别是1、3、5现在给你承重为8的背包,如何让背包里的物品具有最大价值。
首先放a物品:
所以同理可以得到在背包容量从0~8的时候,物品a放入背包的剩余情况最优解。
接着放物品b,和放a物品差不多。
需要注意的是,当背包容量为3的时候:不放物品b的最大价值为f[i][v] = f[i-1][v] = 1;但是放入b的价值为f[i][v] = f[i-1][v-w[i]] + c[i] = 3,所以此时最大价值为3。
当背包容量为8时,放入b后,此时f[2][8]的最大价值为4。
接着继续放物品c。
最后得到在背包容量为8的时候,最大价值为8.
01背包模板题
一个旅行者有一个最多能装M公斤的背包,现在有N件物品,它们的重量分别是W1,W2,......Wn,它们的价值分别为C1,C2......Cn求旅行者能获得最大总价值的物品?
输入格式:
第一行:两个整数,M背包容量M<=200,N物品数量N<=30
第二行至N+1行:每行两个整数Wi, Ci表示每个物品的重量和价值
输出格式:
仅一行,一个数表示最大总价值
输入样例:
10 4
2 1
3 3
4 5
7 9
输出样例:
12
模板题解析
1. 确定阶段数
就是N件物品的数目,和背包容量M共同确定的
2. 确定状态
设f[i][v]表示前i种物品(全部物品或者部分物品)放入一个容量为v的背包可以获得的最大价值
3. 确定状态转移方程和边界
放的进:f[i][v] = max{f[i-1][v], f[i-1][v-w[i]] + c[i]}
放不进:f[i][v]=f[i-1][v]
边界条件:f[0][v] = 0 , f[i][0] = 0
4. 程序实现
根据f[v]=max{f[v],f[v-w[i]]+c[i]},放第i个物品可以发现只与前i-1个物品的状态有关
放入a物品后,更新一维数组,见下图。
放入b物品后,更新一维数组,见下图。
放入c物品后,更新一维数组,见下图。
可得状态转移方程: f[v]=max(f[v],f[v-w[i]]+c[i])
注意:v值越小的越迟被覆盖,由于要被调用运算。即按v倒序运算
01背包动态规划改进解法分析(一维数组)
1、确定阶段数
就是N 件物品的数目,和背包容量 V共同确定
2、确定状态
设f[v]表示前i种物品(全部物品或者部分物品)放入一个容量为v的背包可以获得的最大价值
3、确定状态转移方程和边界
f[v]=max(f[v],f[v-w[i]]+c[i])
边界条件 f[0] = 0
4、程序实现
给大家提供一个自己搭建的HustOj,目前在逐渐加题中,有兴趣的话可以去看看,搜索自己想要的题目~
网址:http://120.26.142.136/ 或者 wmast.cn
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