01背包問題與動態規划（DP）

 

解法一：我們先用最朴素的方法，着眼於每個物體是否進入背包，進行遍歷。

代碼如下：

#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;
int N,W;
const int maxn=105;
int v[maxn],w[maxn];
int rec(int i,int j){//從第i個下標開始，計算剩余j重量怎么挑選商品 
    int ans;
    if(i==N) ans=0;//已經沒有商品可以選擇 
    else if(j<w[i]) ans=rec(i+1,j);//如果背包容量裝不下下標為i的商品 
    else ans=max(rec(i+1,j),rec(i+1,j-w[i])+v[i]);
    return ans;
}
int main(){
    cin>>N>>W;
    for(int i=0;i<N;i++) cin>>w[i];
    for(int i=0;i<N;i++) cin>>v[i];
    int res=rec(0,W);
    cout<<res<<endl;
    return 0;
}

然而這種算法是對每個商品都進行處理，每一層搜索都有兩個分支，時間復雜度為O(2^n)，當n比較大的時候就會花費較多的時間。我們注意到，對每個商品進行搜索的時候，有時會出現相同的參數，

於是第二次調用的時候我們其實已經計算過一次了，等於是白白浪費了時間。所以我們有了新的想法：把第一次計算的結果給記錄下來，這樣可以省下不少時間。

於是有了解法二：

用一個二維數組記錄下之前第一次計算出的結果，等到第二次調用相同參數函數的時候，就不必計算。

#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<cstring>
using namespace std;
const int maxN=3405;
const int maxW=405;
int dp[maxN][maxW];
int N,W;
int w[maxW],v[maxN];
int rec(int i,int j){    
    if(dp[i][j]>=0) return dp[i][j];
    int ans;
    if(i==N) ans=0;
    else if(j<w[i]) ans=rec(i+1,j);
    else ans=max(rec(i+1,j),rec(i+1,j-w[i])+v[i]);
    return dp[i][j]=ans;
}
int main(){
    memset(dp,-1,sizeof(dp));
    cin>>N>>W;
    for(int i=0;i<N;i++)
    {
        cin>>w[i];
        cin>>v[i];
    }
    int res=rec(0,W);
    cout<<res<<endl;
    return 0;
}
 

觀察這個記憶化數組，我們如果把dp[i][j]定義成如下意義：當總重量小於j時，從下標為i的商品開始挑選，得到商品的最大值。於是有下面的遞推公式：

 

 這就相當於一個逆向遞推，我們可以利用一個二重循環，利用遞推公式將每一項的值算出來。

 

如同這張表格所示，我們是從下標i=3開始計算（這里需要把dp二維數組的初始值全化為0，在下面的代碼中，由於定義的是全局數組，對於只有一個輸入樣例的情況下主函數中不必再次初始化，

如果問題有多組輸入，則主函數需要初始化dp數組）。可以自己動手畫一張表格，自己算一算每格的值。這樣很有利於理解下面的代碼。

#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<cstring>
using namespace std;
const int maxN=3405;
const int maxW=405;
int dp[maxN][maxW];
int N,W;
int w[maxW],v[maxN];
void  solve(){    
    for(int i=N-1;i>=0;i--){
        for(int j=0;j<=W;j++){
            if(j<w[i]) 
                dp[i][j]=dp[i+1][j];
            else 
                dp[i][j]=max(dp[i+1][j],dp[i+1][j-w[i]]+v[i]);
        }
    }
        
    cout<<dp[0][W]<<endl;
}
int main(){
    cin>>N>>W;
    for(int i=0;i<N;i++)
    {
        cin>>w[i];
        cin>>v[i];
    }
    solve();
    return 0;
}
 

這就是解法三。

當然，有了逆向遞推，我們自然也會想到正向遞推，只不過需要將dp[i][j]的意義重新定義一下。

如果我們將dp[i+1][j]意義定義為：從前i個商品中挑選重量不超過j的的物品時，價值的最大值。（這里的i是指下標，是從0開始的），就會有下面的遞推公式和表格：

 

 代碼如下：

#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<cstring>
using namespace std;
const int maxN=3405;
const int maxW=405;
int dp[maxN][maxW];
int N,W;
int w[maxW],v[maxN];
void  solve(){    
    for(int i=0;i<N;i++){
        for(int j=0;j<=W;j++){
            if(j<w[i]) 
                dp[i+1][j]=dp[i][j];
            else 
                dp[i+1][j]=max(dp[i][j],dp[i][j-w[i]]+v[i]);
        }
    }
        
    cout<<dp[N][W]<<endl;
}
int main(){
    cin>>N>>W;
    for(int i=0;i<N;i++)
    {
        cin>>w[i];
        cin>>v[i];
    }
    solve();
    return 0;
}