動態規劃 01揹包問題(通俗易懂,超基礎講解)

2021-09-25 04:24:23 字數 2030 閱讀 1708

我只是來單純學習怎麼寫部落格的,嘿嘿(●ˇ∀ˇ●)

有n個物品,它們有各自的體積和價值,現有給定容量的揹包,如何讓揹包裡裝入的物品具有最大的價值總和?

為方便講解和理解,下面講述的例子均先用具體的數字代入,即:eg:number=4,capacity=8

i(物品編號)12

34w(體積)23

45v(價值)34

56根據動態規劃解題步驟(問題抽象化、建立模型、尋找約束條件、判斷是否滿足最優性原理、找大問題與小問題的遞推關係式、填表、尋找解組成)找出01揹包問題的最優解以及解組成,然後編寫**實現。

動態規劃與分治法類似,都是把大問題拆分成小問題,通過尋找大問題與小問題的遞推關係,解決乙個個小問題,最終達到解決原問題的效果。但不同的是,分治法在子問題和子子問題等上被重複計算了很多次,而動態規劃則具有記憶性,通過填寫表把所有已經解決的子問題答案紀錄下來,在新問題裡需要用到的子問題可以直接提取,避免了重複計算,從而節約了時間,所以在問題滿足最優性原理之後,用動態規劃解決問題的核心就在於填表,表填寫完畢,最優解也就找到。

最優性原理是動態規劃的基礎,最優性原理是指「多階段決策過程的最優決策序列具有這樣的性質:不論初始狀態和初始決策如何,對於前面決策所造成的某一狀態而言,其後各階段的決策序列必須構成最優策略」。

揹包問題的解決過程

在解決問題之前,為描述方便,首先定義一些變數:vi表示第 i 個物品的價值,wi表示第 i 個物品的體積,定義v(i,j):當前揹包容量 j,前 i 個物品最佳組合對應的價值,同時揹包問題抽象化(x1,x2,…,xn,其中 xi 取0或1,表示第 i 個物品選或不選)。

1、建立模型,即求max(v1x1+v2x2+…+vnxn);

2、尋找約束條件,w1x1+w2x2+…+wnxn3、尋找遞推關係式,面對當前商品有兩種可能性:

可以這麼理解,如果要到達v(i,j)這乙個狀態有幾種方式?

**肯定是兩種,第一種是第i件商品沒有裝進去,第二種是第i件商品裝進去了。**沒有裝進去很好理解,就是v(i-1,j);裝進去了怎麼理解呢?如果裝進去第i件商品,那麼裝入之前是什麼狀態,肯定是v(i-1,j-w(i))。由於最優性原理(上文講到),v(i-1,j-w(i))就是前面決策造成的一種狀態,後面的決策就要構成最優策略。兩種情況進行比較,得出最優。

4、填表,首先初始化邊界條件,v(0,j)=v(i,0)=0;

v(i,j):當前揹包容量 j,前 i 個物品最佳組合對應的價值

v(0,j)表示當前容量為j,前0個物品最佳組合對應價值,顯然應為0

v(j,0)表示當前容量為0,前j個物品最佳組合對應價值,顯然亦應為0;

然後一行一行的填表:

如,i=1,j=1,w(1)=2,v(1)=3,有jw(4),故v(4,8)=max{ v(4-1,8),v(4-1,8-w(4))+v(4) }=max{9,4+6}=10……

所以填完表如下圖:

5、**填完,最優解即是v(number,capacity)=v(4,8)=10。

**略通過上面的方法可以求出揹包問題的最優解,但還不知道這個最優解由哪些商品組成,故要根據最優解回溯找出解的組成,根據填表的原理可以有如下的尋解方式:

最優解為v(4,8)=10,而v(4,8)!=v(3,8)卻有v(4,8)=v(3,8-w(4))+v(4)=v(3,3)+6=4+6=10,所以第4件商品被選中,並且回到v(3,8-w(4))=v(3,3);

有v(3,3)=v(2,3)=4,所以第3件商品沒被選擇,回到v(2,3);

而v(2,3)!=v(1,3)卻有v(2,3)=v(1,3-w(2))+v(2)=v(1,0)+4=0+4=4,所以第2件商品被選中,並且回到v(1,3-w(2))=v(1,0);

本問重點在於弄清**原理,故詳細**略

動態規劃 01揹包問題(通俗易懂,超基礎講解)

問題描述 有n個物品,它們有各自的體積和價值,現有給定容量的揹包,如何讓揹包裡裝入的物品具有最大的價值總和?為方便講解和理解,下面講述的例子均先用具體的數字代入,即 eg number 4,capacity 8 i 物品編號 1 2 3 4 w 體積 2 3 4 5 v 價值 3 4 5 6 總體思...

動態規劃 01揹包問題(通俗易懂,超基礎講解)

問題描述 有n個物品,它們有各自的體積和價值,現有給定容量的揹包,如何讓揹包裡裝入的物品具有最大的價值總和?為方便講解和理解,下面講述的例子均先用具體的數字代入,即 eg number 4,capacity 8 i 物品編號 1 2 3 4 w 體積 2 3 4 5 v 價值 3 4 5 6 總體思...

動態規劃 01揹包問題(通俗易懂,超基礎講解)

有n個物品,它們有各自的體積和價值,現有給定容量的揹包,如何讓揹包裡裝入的物品具有最大的價值總和?為方便講解和理解,下面講述的例子均先用具體的數字代入,即 eg number 4,capacity 8 i 物品編號 12 34w 體積 23 45v 價值 34 56根據動態規劃解題步驟 問題抽象化 ...