动态规划算法1——背包问题


本文作者frankchenfu,blogs网址http://www.cnblogs.com/frankchenfu/,转载请保留此文字。

动态规划是一个OI选手都熟悉的算法,同时也是刚接触时比较难理解的。

今天,我为大家分享一类比较简单的动态规划问题——背包问题

背包问题(Knapsack problem)是在1978年提出的,它都可以类似的描述为:给定一组物品,每种物品都有自己的重量和价格,在限定的总重量内,我们如何选择,才能使得物品的总价格最高。

背包问题主要有三种分支:

1、01背包;

2、完全背包;

3、多重背包。

其中01背包比较容易,(甚至可以用贪心来做,但这里不予考虑)。

它是这样的:给定一组物品,每种物品都有自己的重量和价格(“性价比”一般不相同),但是都只可以选一个(一个物品选一次)。在限定的总重量内,我们如何选择,才能使得物品的总价格最高。

因为只能选一次,所以我们可以先枚举第i个物品是否能加入背包,然后如何判断能不能加入呢?在循环里再嵌套一层循环枚举当前背包已经使用的空间,如果这个空间比当前物品的重量还小肯定不对,就不合算了。每次枚举都要进行一次决策,取最优值。需要注意的是,这个空间j的枚举必须从后往前枚举,不然就可能会取多个相同的物品,显然这不行,违反了原意(想一想,为什么?)。

好了,应该大家到这里都大概听懂了吧?如果没听懂,也没关系,可以反复地思考,或者参考其他的文章。如果你的代码能力比较强,也可以尝试阅读代码,说不定有所帮助。为了降低代码的空间复杂度,我们对决策数组f[ ]进行了压维,使它降成了一维。Cpp代码如下(复制代码请点图标):

 1 /*
 2 01背包  3 适用于输入格式如下的问题,出现问题请自行调整:  4 第一行两个整数M, N分别表示背包空间与物品总数;  5 第2到N+1行每行两个整数,分别表示这类物品每个的价值和所需空间。  6 */
 7 #include<cstdio>
 8 const int MAXM=10001,MAXN=51;  9 int m,n; 10 int w[MAXN],c[MAXN]; 11 int f[MAXM]; 12 int max(int x,int y) 13 { 14     return x>y?x:y; 15 } 16 int main() 17 { 18     scanf("%d%d",&m,&n); 19     for(int i=1;i<=n;i++) 20         scanf("%d%d",&w[i],&c[i]); 21     for(int i=1;i<=n;i++) 22         for(int j=m;j>=w[i];j--) 23             f[j]=max(f[j],f[j-w[i]]+c[i]); 24     printf("%d\n",f[m]); 25     return 0; 26 }

那么,我们接下来讲的就是完全背包。完全背包和01背包类似,只不过每种物品有无限多件,你爱取几件取几件!

它们的代码也是极其的相似!仅仅是for循环的顺序从逆序变成了顺序。(刚才说的取多件,其实是变成了完全背包)。Cpp代码:

 1 /*
 2 完全背包,输入规则:  3 第一行两个整数M, N分别表示背包空间与物品总数;  4 第2到N+1行每行两个整数,分别表示这类物品每个的价值和所需空间。  5 */
 6 #include<cstdio>
 7 const int MAXM=10001,MAXN=51;  8 int m,n;  9 int w[MAXN],c[MAXN]; 10 int f[MAXM]; 11 int max(int x,int y) 12 { 13     return x>y?x:y; 14 } 15 int main() 16 { 17     scanf("%d%d",&m,&n); 18     for(int i=1;i<=n;i++) 19         scanf("%d%d",&w[i],&c[i]); 20     for(int i=1;i<=n;i++) 21         for(int j=w[i];j<=m;j++) 22             f[j]=max(f[j],f[j-w[i]]+c[i]); 23     printf("%d\n",f[m]); 24     return 0; 25 }

 

最后一个最最最难的多重背包,它是每个物品都有有限多个!

它需要用到二进制思想进行拆分(其实有点像拆分成多个01背包,然后再把答案合并)!Cpp代码如下:

 1 /*
 2 多重背包,输入格式:  3 第一行,一个整数n,物品数量;  4 第二行,n个整数,第i个整数表示第i个物品的价格bi;  5 第三行,n个整数,第i个整数表示第i个物品的数量ci;  6 第四行,一个整数m,背包空间。  7 */
 8 #include<cstdio>
 9 const int MAXM=10001,MAXN=6001; 10 int v[MAXM],w[MAXM]; 11 int f[MAXN]; 12 int n,m,p; 13 int max(int x,int y) 14 { 15     return x>y?x:y; 16 } 17 int main() 18 { 19     scanf("%d%d",&n,&m); 20     for(int i=1;i<=n;i++) 21  { 22         int x,y,s,t=1; 23         scanf("%d%d%d",&x,&y,&s); 24         for(;s>=t;t<<=1) 25  { 26             v[++p]=x*t; 27             w[p]=y*t; 28             s-=t; 29  } 30         v[++p]=x*s; 31         w[p]=y*s; 32  } 33     for(int i=1;i<=p;i++) 34         for(int j=m;j>=v[i];j--) 35             f[j]=max(f[j],f[j-v[i]]+w[i]); 36     printf("%d\n",f[m]); 37     return 0; 38 }

 

这篇文章到此就结束了。希望对大家有所帮助,谢谢!


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