01揹包問題(java,動態規劃)

2021-08-17 14:11:03 字數 2163 閱讀 8324

一、問題描述:(01揹包即每個物品最多放乙個)

01 揹包問題:給定 n 種物品和乙個容量為 c 的揹包,物品 i 的重量是 wi,其價值為 vi 。

問:應該如何選擇裝入揹包的物品,使得裝入揹包中的物品的總價值最大?

二、理論解釋:

宣告乙個 大小為  m[n][c] 的二維陣列,m[ i ][ j ] 表示 在面對第 i 件物品,且揹包容量為  j 時所能獲得的最大價值

,那麼我們可以很容易分析得出 m[i][j] 的計算方法,

(1). j < w[i] 的情況,這時候揹包容量不足以放下第 i 件物品,只能選擇不拿

m[ i ][ j ] = m[ i-1 ][ j ]

(2). j>=w[i] 的情況,這時揹包容量可以放下第 i 件物品,我們就要考慮拿這件物品是否能獲取更大的價值。

如果拿取,m[ i ][ j ]=m[ i-1 ][ j-w[ i ] ] + v[ i ]。 這裡的m[ i-1 ][ j-w[ i ] ]指的就是考慮了i-1件物品,揹包容量為j-w[i]時的最大價值,也是相當於為第i件物品騰出了w[i]的空間。

如果不拿,m[ i ][ j ] = m[ i-1 ][ j ] , 同(1)

究竟是拿還是不拿,自然是比較這兩種情況那種價值最大。

由此可以得到狀態轉移方程:

if

(j>=w[i])  

m[i][j]=max(m[i-1][j],m[i-1][j-w[i]]+v[i]);

else

m[i][j]=m[i-1][j];

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。

vi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 ?

三、舉例解釋:

假設山洞裡共有a,b,c,d ,e這5件寶物(不是5種寶物),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, 怎麼裝揹包,可以才能帶走最多的財富。

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0-1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]+vi;

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,vi指的是a物品的價值,即6

由於f[i-1,j-wi]+vi = 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

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