揹包問題的分析

2021-06-18 19:08:23 字數 2664 閱讀 7147

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動態規劃的基本思想:

將乙個問題分解為子問題遞迴求解,且將中間結果儲存以避免重複計算。通常用來求最優解,且最優解的區域性也是最優的。求解過程產生多個決策序列,下一步總是依賴上一步的結果,自底向上的求解。

動態規劃演算法可分解成從先到後的4個步驟:

1. 描述乙個最優解的結構,尋找子問題,對問題進行劃分。

2. 定義狀態。往往將和子問題相關的各個變數的一組取值定義為乙個狀態。某個狀態的值就是這個子問題的解(若有k

個變數,一般用k

維的陣列儲存各個狀態下的解,並可根    據這個陣列記錄列印求解過程。)。

3. 找出狀態轉移方程。一般是從乙個狀態到另乙個狀態時變數值改變。

4.以「自底向上」的方式計算最優解的值。

5. 從已計算的資訊中構建出最優解的路徑。(最優解是問題達到最優值的一組解)

其中步驟1~4是動態規劃求解問題的基礎,如果題目只要求最優解的值,則步驟5可以省略。

揹包問題

01揹包: 有n件物品和乙個重量為m的揹包。(每種物品均只有一件)第i件物品的重量是w[i],價值是p[i]。求解將哪些物品裝入揹包可使價值總和最大。

完全揹包: 有n種物品和乙個重量為m的揹包,每種物品都有無限件可用。第i種物品的重量是w[i],價值是p[i]。求解將哪些物品裝入揹包可使這些物品的費用總和不超過揹包重量,且價值總和最大。

多重揹包: 有n種物品和乙個重量為m的揹包。第i種物品最多有n[i]件可用,每件重量是w[i],價值是p[i]。求解將哪些物品裝入揹包可使這些物品的費用總和不超過揹包重量,且價值總和最大。

01揹包問題:

這是最基礎的揹包問題,特點是:每種物品僅有一件,可以選擇放或不放。

(小菜鳥注:放或者不放就是揹包問題的兩個子問題,其中 不放就是c[i-1][m]  ,放就是c[i-1][m-w[i]],即每次要判斷一下子問題中哪個是更優的,從而引出下面的狀態轉移方程,但是如果每次都要計算前i的最優解(遞迴的方式)會造成大量的重複計算,導致計算時間長,所以選用動態規劃避免子問題的重複計算)

用子問題定義狀態:即c[i][v]表示前i件物品恰放入乙個重量為m的揹包可以獲得的最大價值。則其狀態轉移方程便是:

c[i][m]=max

(小菜鳥注:對於這個轉移方程,需要注意的是,在加入第i件商品後,c[i-1][m-w[i]]表示的是之前容量為 m - w[i]的在 i -1 件商品時的最優解,如果i = 2時,就代表著w = 3階段時候的最優解,例如c = (2,7)時,c[i-1][m-w[i]] ==c[1][3],也就是w =3時揹包裝容量為3的最優解,利用了之前子問題的解。該值和i號物品的value p[i]相加才是加入這個物品的最優情況,與不加入比較從而迭代解決該問題。

) 這個方程非常重要,基本上所有跟揹包相關的問題的方程都是由它衍生出來的。所以有必要將它詳細解釋一下:「將前i件物品放入重量為m的揹包中」這個子問題,若只考慮第i件物品的策略(放或不放),那麼就可以轉化為乙個只牽扯前i-1件物品的問題。如果不放第i件物品,那麼問題就轉化為「前i-1件物品放入容量為v的揹包中」,價值為c[i-1][m];如果放第i件物品,那麼問題就轉化為「前i-1件物品放入剩下的重量為m-w[i]的揹包中」,此時能獲得的最大價值就是c[i-1][m-w[i]]再加上通過放入第i件物品獲得的價值p[i]。

測試資料:

10,3

3,44,5

5,6c[i][j]陣列儲存了1,2,3號物品依次選擇後的最大價值.

這個最大價值是怎麼得來的呢?從揹包容量為0開始,1號物品先試,0,1,2,的容量都不能放.所以置0,揹包容量為3則裡面放4.這樣,這一排揹包容量為4,5,6,....10的時候,最佳方案都是放4.假如1號物品放入揹包.則再看2號物品.當揹包容量為3的時候,最佳方案還是上一排的最價方案c為4.而揹包容量為5的時候,則最佳方案為自己的重量5.揹包容量為7的時候,很顯然是5加上乙個值了。加誰??很顯然是7-4=3的時候.上一排 c3的最佳方案是4.所以。總的最佳方案是5+4為9.這樣.一排一排推下去。最右下放的資料就是最大的價值了。(注意第3排的揹包容量為7的時候,最佳方案不是本身的6.而是上一排的9.說明這時候3號物品沒有被選.選的是1,2號物品.所以得9.)

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public class pack01 else  

c[i][j] = c[i-1][j];  

}  }  

return c;  

}  /**  

* 逆推法求出最優解  

* @param c  

* @param w  

* @param m  

* @param n  

* @return  

*/  

public int printpack(int c,int w,int m,int n)  

}  for(int j = 0;j<

n;j++)  

system.out.println(x[j]);  

return x;  

}  public static void main(string args);  

int p=;  

pack01 pack = new pack01();  

int c = pack.pack(m, n, w, p);  

pack.printpack(c, w, m,n);  

}  }  

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