揹包九講(3)

2022-07-17 18:00:22 字數 1594 閱讀 2674

題目有n種物品和乙個容量為v的揹包。第i種物品最多有n[i]件可用,每件費用是c[i],價值是w[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容量,且價值總和最大。

基本演算法

這題目和完全揹包問題很類似。基本的方程只需將完全揹包問題的方程略微一改即可,因為對於第i種物品有n[i]+1種策略:取0件,取1件……取n[i]件。令f[i][v]表示前i種物品恰放入乙個容量為v的揹包的最大權值,則有狀態轉移方程:

f[i][v]=max

複雜度是o(v*σn[i])。

轉化為01揹包問題

另一種好想好寫的基本方法是轉化為01揹包求解:把第i種物品換成n[i]件01揹包中的物品,則得到了物品數為σn[i]的01揹包問題,直接求解,複雜度仍然是o(v*σn[i])。

但是我們期望將它轉化為01揹包問題之後能夠像完全揹包一樣降低複雜度。仍然考慮二進位制的思想,我們考慮把第i種物品換成若干件物品,使得原問題中第i種物品可取的每種策略——取0..n[i]件——均能等價於取若干件代換以後的物品。另外,取超過n[i]件的策略必不能出現。

方法是:將第i種物品分成若干件物品,其中每件物品有乙個係數,這件物品的費用和價值均是原來的費用和價值乘以這個係數。使這些係數分別為1,2,4,...,2^(k-1),n[i]-2^k+1,且k是滿足n[i]-2^k+1>0的最大整數。例如,如果n[i]為13,就將這種物品分成係數分別為1,2,4,6的四件物品。

分成的這幾件物品的係數和為n[i],表明不可能取多於n[i]件的第i種物品。另外這種方法也能保證對於0..n[i]間的每乙個整數,均可以用若干個係數的和表示,這個證明可以分0..2^k-1和2^k..n[i]兩段來分別討論得出,並不難,希望你自己思考嘗試一下。

這樣就將第i種物品分成了o(log n[i])種物品,將原問題轉化為了複雜度為o(v*σlog n[i])的01揹包問題,是很大的改進。

下面給出o(log amount)時間處理一件多重揹包中物品的過程,其中amount表示物品的數量:

procedure multiplepack(cost,weight,amount)

if cost*amount>=v

completepack(cost,weight)

return

integer k=1

while kzeroonepack(k*cost,k*weight)

amount=amount-k

k=k*2

zeroonepack(amount*cost,amount*weight)

希望你仔細體會這個偽**,如果不太理解的話,不妨翻譯成程式**以後,單步執行幾次,或者頭腦加紙筆模擬一下,也許就會慢慢理解了。

o(vn)的演算法

多重揹包問題同樣有o(vn)的演算法。這個演算法基於基本演算法的狀態轉移方程,但應用單調佇列的方法使每個狀態的值可以以均攤o(1)的時間求解。由於用單調佇列優化的dp已超出了noip的範圍,故本文不再展開講解。我最初了解到這個方法是在樓天成的「男人八題」幻燈片上。

小結這裡我們看到了將乙個演算法的複雜度由o(v*σn[i])改進到o(v*σlog n[i])的過程,還知道了存在應用超出noip範圍的知識的o(vn)演算法。希望你特別注意「拆分物品」的思想和方法,自己證明一下它的正確性,並將完整的程式**寫出來。

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揹包九講(9)

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