面试笔试经常碰到01背包问题,头疼。这里来详细讲解下;
01背包问题:一个背包总容量为V,现在有N个物品,第i个物品体积为weight[i],价值为value[i],现在往背包里面装东西,怎么实现物品价值最大?
看到这个问题,可能会想到贪心算法;但是贪心算法其实是不对,例如最少硬币找零问题,要用动态规划。动态规划思想就是解决子问题并记录子问题的解,这样就不用重复解决子问题了。
动态规划先找出子问题,我们可以这样考虑:在物品比较少,背包容量比较小的时候怎么解决;用一个数组f[i][j]表示在额放进只有i个物品,容量为j的情况下背包问题的最优解,那么当物品种类变大为i+1时,最优解是什么?第i+1物品可以选择放进背包或者不放进背包(这就是0和1);假设放进背包(前提是放的下),那么f[i+i][j]=f[i][j-weight[i+1]]+value[i+1];
如果不放进背包,那么f[i+1][j]=f[i][j]
这就得出了状态转移方程;
f[i+1][j]=max(f[i][j], f[i][j-weight[i]]+value[i+1]);
代码实现:
#include
using namespace std;
#define V 1500
unsigned int f[10][V];//全局变量,自动初始化为0
unsigned int weight[10];
unsigned int value[10];
#define max(x,y) (x)>(y)?(x):(y)
int main()
{
int N,M;
cin>>N;//物品个数
cin>>M;//背包容量
for (int i=1;i<=N; i++)
{
cin>>weight[i]>>value[i];
}
for (int i=1; i<=N; i++)
for (int j=1; j<=M; j++)
{
if (weight[i]<=j)
{
f[i][j]=max(f[i-1][j],f[i-1][j-weight[i]]+value[i]);
}
else
f[i][j]=f[i-1][j];
}
cout<
可以进一步优化内存的使用,上面计算f[i][j]可以看出,在计算f[i][j]时只使用了f[i-1][0....i]没有使用其他子问题,因此存储子问题的解时,只存储[i-1]子问题的解即可,这样可以用两个一维数组解决,一个存储子问题,一个存储子问题正在解决的子问题
在进一步思考,计算f[i][j]只使用了f[i-1][0....j],没有使用f[i-1][j+1]这样的话,我们先计算j的循环时,让j=M.....1,只使用一个一维数组即可。
for i=1...N
for j=m....1
f[j]=max(f[j], f[j-weight[i]+value[i]]);
#include
using namespace std;
#define V 1500
unsigned int f[V];//全局变量,自动初始化为0
unsigned int weight[10];
unsigned int value[10];
#define max(x,y) (x)>(y)?(x):(y)
int main()
{
int N, M;
cin >> N;//物品个数
cin >> M;//背包容量
for (int i = 1; i <= N; i++)
{
cin >> weight[i] >> value[i];
}
for (int i = 1; i <= N; i++)
for (int j = M; j >= 1; j--)
{
if (weight[i] <= j)
{
f[j] = max(f[j], f[j - weight[i]] + value[i]);
}
}
cout << f[M] << endl;//输出最优解
}
在看完01背包问题,再来看完全背包问题;一个背包总容量为v,现在有N个物品,第i个物品体积为weight[i],价值为value[i],每个物品都有无限多件,现在往背包里装东西,怎么装能使背包内的物品价值最大;
对比一下,看到的去呗是,完全背包问题中,物品有无限多件,往背包里添加物品时,只要当前背包没装满,可以一直添加,那么状态转移方程为:
f[i+1][j]=max(f[i][j-k*weight[i+1]]+value[i+1]*k),其中0<=k=V/weight[i+1];
使用内存为一维数组的伪代码:
for i=1....N
for j=1....M
f[j]=max(f[j], f[j-weight[i]+value[i]])
和01背包问题唯一不同的是j是从1到M,01背包问题是在前一个子问题(i-1种物品)的基础上来解决当前问题的,向i-1种物品时背包添加第i种物品;而完全背包问题是在解决当前问题,向i中物品时的背包添加第i种物品
#include
using namespace std;
#define V 1500
unsigned int f[V];//全局变量,自动初始化为0
unsigned int weight[10];
unsigned int value[10];
#define max(x,y) (x)>(y)?(x):(y)
int main()
{
int N, M;
cin >> N;//物品个数
cin >> M;//背包容量
for (int i = 1; i <= N; i++)
{
cin >> weight[i] >> value[i];
}
for (int i = 1; i <= N; i++)
for (int j = 1; j <= M; j++)
{
if (weight[i] <= j)
{
f[j] = max(f[j], f[j - weight[i]] + value[i]);
}
}
cout << f[M] << endl;//输出最优解
}