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背包问题动态规划表



大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。

有n个物品,它们有各自的体积和价值,现有给定容量的背包,如何让背包里装入的物品具有最大的价值总和?

为方便讲解和理解,下面讲述的例子均先用具体的数字代入,即:eg:number=4,capacity=8

根据动态规划解题步骤(问题抽象化、建立模型、寻找约束条件、判断是否满足最优性原理、找大问题与小问题的递推关系式、填表、寻找解组成)找出01背包问题的最优解以及解组成,然后编写代码实现。

动态规划的原理

动态规划与分治法类似,都是把大问题拆分成小问题,通过寻找大问题与小问题的递推关系,解决一个个小问题,最终达到解决原问题的效果。但不同的是,分治法在子问题和子子问题等上被重复计算了很多次,而动态规划则具有记忆性,通过填写表把所有已经解决的子问题答案纪录下来,在新问题里需要用到的子问题可以直接提取,避免了重复计算,从而节约了时间,所以在问题满足最优性原理之后,用动态规划解决问题的核心就在于填表,表填写完毕,最优解也就找到。

最优性原理是动态规划的基础,最优性原理是指“多阶段决策过程的最优决策序列具有这样的性质:不论初始状态和初始决策如何,对于前面决策所造成的某一状态而言,其后各阶段的决策序列必须构成最优策略”。

背包问题的解决过程

在解决问题之前,为描述方便,首先定义一些变量:Vi表示第 i 个物品的价值,Wi表示第 i 个物品的体积,定义V(i,j):当前背包容量 j,前 i 个物品最佳组合对应的价值,同时背包问题抽象化(X1,X2,…,Xn,其中 Xi 取0或1,表示第 i 个物品选或不选)。

1、建立模型,即求max(V1X1+V2X2+…+VnXn);

2、寻找约束条件,W1X1+W2X2+…+WnXn<capacity;

3、寻找递推关系式,面对当前商品有两种可能性:

其中V(i-1,j)表示不装,V(i-1,j-w(i))+v(i) 表示装了第i个商品,背包容量减少w(i),但价值增加了v(i);

由此可以得出递推关系式:

这里需要解释一下,为什么能装的情况下,需要这样求解(这才是本问题的关键所在!):

可以这么理解,如果要到达V(i,j)这一个状态有几种方式?

肯定是两种,第一种是第i件商品没有装进去,第二种是第i件商品装进去了。没有装进去很好理解,就是V(i-1,j);装进去了怎么理解呢?如果装进去第i件商品,那么装入之前是什么状态,肯定是V(i-1,j-w(i))。由于最优性原理(上文讲到),V(i-1,j-w(i))就是前面决策造成的一种状态,后面的决策就要构成最优策略。两种情况进行比较,得出最优。

4、填表,首先初始化边界条件,V(0,j)=V(i,0)=0;

然后一行一行的填表:

所以填完表如下图:

5、表格填完,最优解即是V(number,capacity)=V(4,8)=10。

为了和之前的动态规划图可以进行对比,尽管只有4个商品,但是我们创建的数组元素由5个。

通过上面的方法可以求出背包问题的最优解,但还不知道这个最优解由哪些商品组成,故要根据最优解回溯找出解的组成,根据填表的原理可以有如下的寻解方式:

就拿上面的例子来说吧:

背包问题最终版详细代码实现如下:

发布者:全栈程序员栈长,转载请注明出处:https://javaforall.cn/164393.html原文链接:https://javaforall.cn

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