動態規劃之01揹包

2021-07-16 04:17:00 字數 2303 閱讀 5806

01揹包問題,是用來介紹動態規劃演算法最經典的例子,網上關於01揹包問題的講解也很多,我寫這篇文章力爭做到用最簡單的方式,最少的公式把01揹包問題講解透徹。

f[i,j]表示在前i件物品中選擇若干件放在承重為 j 的揹包中,可以取得的最大價值。

pi表示第i件物品的價值。

決策:為了揹包中物品總價值最大化,第 i件物品應該放入揹包中嗎 ?

題目描述:

有編號分別為a,b,c,d,e的五件物品,它們的重量分別是2,2,6,5,4,它們的價值分別是6,3,5,4,6,現在給你個承重為10的揹包,如何讓揹包裡裝入的物品具有最大的價值總和?

name

weight

value12

3456

78910

a260

6699

1212

151515b

2303

3669

991011c6

5000

6666

61011d

5400

0666

661010e4

6000

6666

666

只要你能通過找規律手工填寫出上面這張表就算理解了01揹包的動態規劃演算法。

首先要明確這張表是

至底向上,從左到右

生成的。

為了敘述方便,用e2單元格表示e行2列的單元格,這個單元格的意義是用來表示只有物品e時,有個承重為2的揹包,那麼這個揹包的最大價值是0,因為e物品的重量是4,揹包裝不了。

對於d2單元格,表示只有物品e,d時,承重為2的揹包,所能裝入的最大價值,仍然是0,因為物品e,d都不是這個揹包能裝的。

同理,c2=0,b2=3,a2=6。

對於承重為8的揹包,a8=15,是怎麼得出的呢?

根據01揹包的狀態轉換方程,需要考察兩個值,

乙個是f[i-1,j],對於這個例子來說就是b8的值9,另乙個是f[i-1,j-wi]+pi;

在這裡,

f[i-1,j]表示我有乙個承重為8的揹包,當只有物品b,c,d,e四件可選時,這個揹包能裝入的最大價值

f[i-1,j-wi]表示我有乙個承重為6的揹包(等於當前揹包承重減去物品a的重量),當只有物品b,c,d,e四件可選時,這個揹包能裝入的最大價值

f[i-1,j-wi]就是指單元格b6,值為9,pi指的是a物品的價值,即6

由於f[i-1,j-wi]+pi = 9 + 6 = 15 大於f[i-1,j] = 9,所以物品a應該放入承重為8的揹包。

【**】

附錄乙份用c實現的01揹包原始碼:

下面是執行結果圖:

附註網上的一段解釋:

問題的特點是:每種物品一件,可以選擇放1或不放0。

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

f[i][v]=max

這個方程非常重要,據說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。所以詳細的查了一下這個方程的含義:「將前i件物品放入容量為v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f[i-1][v];如果放第i件物品,那麼問題就轉化為「前i-1件物品放入剩下的容量為v-c[i]的揹包中」,此時能獲得的最大價值就是f[i-1][v-c[i]]再加上通過放入第i件物品獲得的價值w[i]。

在有的地方看到的揹包問題題目中,有兩種不太相同的問法。有的題目要求「恰好裝滿揹包」時的最優解,有的題目則並沒有要求必須把揹包裝滿。一種區別這兩種問法的實現方法是在初始化的時候有所不同。

如果是第一種問法,要求恰好裝滿揹包,那麼在初始化時除了f[0]為0其它f[1..v]均設為-∞,這樣就可以保證最終得到的f[n]是一種恰好裝滿揹包的最優解。

如果並沒有要求必須把揹包裝滿,而是只希望**盡量大,初始化時應該將f[0..v]全部設為0。

為什麼呢?可以這樣理解:初始化的f陣列事實上就是在沒有任何物品可以放入揹包時的合法狀態。如果要求揹包恰好裝滿,那麼此時只有容量為0的揹包可能被價值為0的nothing「恰好裝滿」,其它容量的揹包均沒有合法的解,屬於未定義的狀態,它們的值就都應該是-∞了。如果揹包並非必須被裝滿,那麼任何容量的揹包都有乙個合法解「什麼都不裝」,這個解的價值為0,所以初始時狀態的值也就全部為0了

動態規劃之01揹包

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....

動態規劃之01揹包

題目描述 版權說明 本題為改編題。問題描述 發鳩之山,其上多柘木。有鳥焉,其狀如烏,文首,白喙,赤足,名曰精衛,其名自詨。是炎帝之少女,名曰女娃。女娃遊於東海,溺而不返,故為精衛。常銜西山之木石,以堙於東海。山海經 精衛終於快把東海填平了!只剩下了最後的一小片區域了。同時,西山上的木石也已經不多了。...

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