01揹包問題的動態規劃解法

2021-07-23 07:56:15 字數 1398 閱讀 1191

參考

【問題描述】

給定n中物品和乙個揹包。物品i的重量是wi,其價值位vi ,揹包的容量為c。問應該如何選擇裝入揹包的物品,使得轉入揹包的物品的總價值為最大?在選擇物品的時候,對每種物品i只有兩種選擇,即裝入揹包或不裝入揹包。不能講物品i裝入多次,也不能只裝入物品的一部分。因此,該問題被稱為0-1揹包問題。 

例如:假設現有容量10kg的揹包,另外有3個物品,分別為a1,a2,a3。物品a1重量為3kg,價值為4;物品a2重量為4kg,價值為5;物品a3重量為5kg,價值為6。將哪些物品放入揹包可使得揹包中的總價值最大?

【分析】動態規劃法的思路:將原始問題一般化,欲求揹包能夠獲得的總價值,即欲求前i個物體放入容量為m(kg)揹包的最大價值c[i][m]--使用乙個陣列來儲存最大價值,當m取10,i取3時,即原始問題了。前i個物體放入容量為m(kg)的揹包,又可以轉化為前i-1個物體放入揹包的問題。下面使用數學表示式描述它們兩者之間的具體關係。

令v(i,j)表示在前i(1<=i<=n)個物品中能夠裝入容量為就j(1<=j<=c)的揹包中的物品的最大價值,則可以得到如下的動態規劃函式:

(1)   v(i,0)=v(0,j)=0 

(2)   v(i,j)=v(i-1,j)  j(3)  v(i,j)=max j>wi

其中(2)式表明:如果第i個物品的重量大於揹包的容量,則裝入前i個物品得到的最大價值和裝入前i-1個物品得到的最大價值是相同的,即物品i不能裝入揹包;第(3)個式子表明:如果第i個物品的重量小於揹包的容量,則會有以下兩種情況:(a)如果把第i個物品裝入揹包,則揹包物品的價值等於第i-1個物品裝入容量位j-w

i 的揹包中的價值加上第i個物品的價值v

i; (b)如果第i個物品沒有裝入揹包,則揹包中物品價值就等於把前i-1個物品裝入容量為j的揹包中所取得的價值。顯然,取二者中價值最大的作為把前i個物品裝入容量為j的揹包中的最優解。

根據上式,對物體個數及揹包重量進行遞推,列出乙個**(見下表),**來自( ,當逐步推出表中每個值的大小,那個最大價值就求出來了。推導過程中,注意一點,最好逐行而非逐列開始推導,先從編號為1的那一行,推出所有c[1][m]的值,再推編號為2的那行c[2][m]的大小。這樣便於理解。

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