DP动态规划入门学习记录(三)——01背包

DP动态规划入门学习记录(三)——01背包,第1张

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题目简介(01背包) 有n个物品和一个容量为m的背包,每个物品的价值为c[i],体积为w[i],要求选择一些物品放入背包中,使物品总体积不超过m的前提下,物品的总价值最大,求最大总价值。 二维dp 按照一般解法而言,我首先思考的是将价值除以体积的值排序。这样应该是可以的,就是有些麻烦,并不是最优解。 动态规划思路分析:

1. f [ i ] [ j ] f[i][j] f[i][j]表示将前i个物品放入载重为j的背包

2.分解子问题

​ 1)不放 f [ i ] [ j ] = f [ i − 1 ] [ j ] f[i][j]=f[i-1][j] f[i][j]=f[i1][j]

​ 2)放 f [ i ] [ j ] = f [ i − 1 ] [ j − w [ i ] ] + v [ i ] f[i][j]=f[i-1][j-w[i]]+v[i] f[i][j]=f[i1][jw[i]]+v[i]

f [ i ] [ j ] = m a x ( f [ i − 1 ] [ j ] , f [ i − 1 ] [ j − w [ i ] ] + v [ i ] ) f[i][j]=max(f[i-1][j],f[i-1][j-w[i]]+v[i]) f[i][j]=max(f[i1][j],f[i1][jw[i]]+v[i])

3.数组 和 边界状态

f [ 0 ] [ 0 ] = 0 f [ 0 ] [ n ] = f [ m ] [ 0 ] = 0 f[0][0]=0 f[0][n]=f[m][0]=0 f[0][0]=0f[0][n]=f[m][0]=0

4.计算顺序 从小到大

5.结果 f [ m ] [ n ] f[m][n] f[m][n]即为将m个物品放入载重为n的背包的最大价值

分解子问题时,第一次我想的时候是很费脑筋的,弄懂了这类问题你就都明白了,你品,你细品。

举例:
i1234
w2345
v3456
i/j012345678
0000000000
1003333333
2003447777
3003457899
40034578910
二维dp代码
#include
using namespace std;

int w[1005],v[1005];
int f[1005][1005];

int main(){
	int a,b;
	cin>>a>>b;//a为背包载重,b为物品个数
	for(int i=1;i<=b;i++)	cin>>w[i]>>v[i];
	f[0][0]=0;
	for(int i=1;i<=a;i++) f[0][i]=0;
	for(int i=1;i<=b;i++) f[i][0]=0;
	for(int i=1;i<=b;i++){
		for(int j=1;j<=a;j++){
			if(w[i]<=j)
			{
				f[i][j]=max(f[i-1][j],f[i-1][j-w[i]]+v[i]);
			}
			else f[i][j]=f[i-1][j];
		}
	}
	cout<

二维dp就是这样了,但是这个还是有一定局限,对于二维数组,数量少还好,数量一多就容易炸内存,那我们就需要进行改进,简化成一维数组。

那么我们就需要用到滚动数组了

一维dp分析(滚动数组)

在使用二维数组的时候,递推公式: f [ i ] [ j ] = m a x ( f [ i − 1 ] [ j ] , f [ i − 1 ] [ j − w [ i ] ] + v [ i ] ) f[i][j] = max(f[i-1][j],f[i-1][j-w[i]]+v[i]) f[i][j]=max(f[i1][j],f[i1][jw[i]]+v[i]);

其实可以把f[i - 1]那一层拷贝到f[i]上,表达式就是: f [ i ] [ j ] = m a x ( f [ i ] [ j ] , f [ i ] [ j − w [ i ] ] + v [ i ] ) f[i][j] = max(f[i][j],f[i][j-w[i]]+v[i]) f[i][j]=max(f[i][j],f[i][jw[i]]+v[i]);

与其把f[i - 1]这一层拷贝到f[i]上,不如只用一个一维数组了,只用f[j]。

滚动数组需要满足的条件是上一层可以重复利用,直接拷贝到当前层。

1. f [ j ] f[j] f[j]表示载重为j的背包能获得的最大价值

2.分解子问题

​ 1)不放 f [ j ] = f [ j ] f[j]=f[j] f[j]=f[j]

​ 2)放 f [ j ] = f [ j − w e i g h t [ i ] ] + v [ i ] f[j]=f[j-weight[i]]+v[i] f[j]=f[jweight[i]]+v[i]

f [ j ] = m a x ( f [ j ] , f [ j − w e i g h t [ i ] ] + v [ i ] ) ; f[j]=max(f[j],f[j-weight[i]]+v[i]); f[j]=max(f[j],f[jweight[i]]+v[i]);

3.数组 和 边界状态

f [ 0 ] = 0 f[0]=0 f[0]=0

4.计算顺序 从右到左

5.结果 f [ n ] f[n] f[n]即为载重为n的背包的最大价值

初始化

注意,一维dp与二维dp计算顺序是不同的,详情见下

倒序遍历是为了保证物品i只被放入一次,具体可以自己打代码尝试,说多了也不好理解,画个图,测试一下就懂了

for(int i=1;i<=n;i++)//物品遍历
{
    for(int j=m;j>=w[i];j--)//背包重量遍历
    {
       f[j]=max(f[j],f[j-w[i]]+v[i]); 
    }
}
具象表格:
物品1015151515
物品2015152035
物品3015152035

物品1价值15,物品2价值5,物品3价值20

物品3重量略大于物品2,所以在第5个背包重量时,把物品2换成物品3价值更高

大概就是这样的,表格比较简易,不太具体,大概可以理解到意思的。

一维dp代码
#include
using namespace std;
int main(){
    int a,b;//a为背包载重,b为物品个数
    int w[1005],v[1005];
    int f[1005]={0};//定义dp数组并初始化为0
    cin>>a>>b;
    for(int i=1;i<=b;i++)	cin>>w[i]>>v[i];
    for(int i=1;i<=b;i++)//物品遍历
	{
    	for(int j=a;j>=w[i];j--)//背包重量遍历
    	{
    	   f[j]=max(f[j],f[j-w[i]]+v[i]); 
   		}
	}
    cout<

一维dp明显比二维更简洁

总结

本次讲解了01背包问题的dp代码,分为二维dp和一维dp,一维dp明显比二维更简洁,也不容易爆内存。

2022.5.5 18:57

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原文地址: http://outofmemory.cn/langs/867847.html

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