01背包问题

动态规划算法一般用来求解最优化问题,当问题有很多可行解,而题目要求寻找这些解当中的“最大值”/“最小值”时,通常可以采用DP。

  • 01背包问题
    有n个重量和价值分别为wi,vi的物品。从这些物品中挑选出总重量不超过W的物品,求所有挑选方案中价值总和的最大值。
输入
n=4
(w,v)={(2,3),(1,2),(3,4),(2,2)}
W=5
----------
输出
7

递归函数搜索
(1)有两种可能:选或者不选;(2)使用递归,在遍历完n个数的时候,判断价值最大。

int rec(int i,int j){//最初的j代表W
         int res;
         if(i==n){
            //已经没有剩余物品了
            res=0;
            }
         else if(j

动态规划
dp[i][j]为根据rec的定义,直接利用递推式和二重循环计算出各项的值

for(int i=n-1;i>=0;i--){ //i逆向进行
        for(int j=0;j<=W;j++){
            if(j

关于状态转移方程的循环i方向问题,跟其递推关系定义有关;如果是如下定义,则i的循环能正向进行。

dp[i+1][j]=dp[i][j];  (j

个人理解总结:

最重要就是动态转移方程:

dp[i][j] = max(dp[i-1][j],dp[i-1][j-w[i]]+v[i]);
/*
该问题可以描述为 “将前 i 件物品放入容量为 j 的背包中”;
问题可以转换为“只考虑第 i 件物品的策略(放或不放)”,
如果不放第 i 件物品,那么问题就转化为 “前 i-1 件物品放入容量为 j 的背包中”;
如果放第 i 件物品,那么问题就转化为“前 i − 1 件物品放入剩下的容量为 v − w[i] 的背包中”;此时获得的最大价值就是 dp[i-1][j-w[i]]+v[i]
*/

具体实现:

//Time: O(nW) Memory: O(nW)
public static void main(String[] args){
        Scanner in = new Scanner(System.in);
        int n = in.nextInt();
        int w[] = new int[n+1];
        int v[] = new int[n+1];
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            w[i] = in.nextInt();
            v[i] = in.nextInt();
        }

        int W = in.nextInt();
        int dp[][] = new int[n+1][W+1];
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            for (int j = W; j > 0; j--) {
                if(j < w[i])
                    dp[i][j] = dp[i-1][j];
                else
                    dp[i][j] =
                        Math.max(dp[i-1][j],dp[i-1][j-w[i]]+v[i]);
            }
        }
    System.out.println(dp[n][W]);
}

优化空间复杂度:

如果只用一个数组 dp[W] ,能不能保证第 i
次循环结束后 dp[W] 中表示的就是我们定义的状态 dp[i,W] 呢? dp[i,W] 是由 dp[i-1 ,W] 和
dp[i − 1,W-w[i] ] 两个子问题递推而来,能否保证在推 dp[i,W] 时(也即在第 i 次主循环中
推 dp[W] 时)能够取用 dp[i − 1,W] 和 dp[i − 1,W− w[i] ] 的值呢?
事实上,这要求在每次主循环中我们以 重量 W 递减顺序计算 dp[W] ,这样才
能保证计算 dp[W] 时 dp[W− w[i] ] 保存的是状态 dp[i − 1, W − w[i]] 的值。

//Time: O(nW) Memory: O(W)
public static void main(String[] args){
        Scanner in = new Scanner(System.in);
        int n = in.nextInt();
        int W = in.nextInt();
        int w[] = new int[n+1];
        int v[] = new int[n+1];
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            w[i] = in.nextInt();
            v[i] = in.nextInt();
        }

        int dp[] = new int[W+1];
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            for (int j = W; j > 0; j--) {//关键所在
                if(j < w[i])
                    dp[j] = dp[j];
                else
                    dp[j] =
                        Math.max(dp[j],dp[j-w[i]]+v[i]);
            }
        }
    System.out.println(dp[W]);
}

初始化细节:

我们看到的求最优解的背包问题题目中,事实上有两种不太相同的问法。有的题目
要求“恰好装满背包”时的最优解,有的题目则并没有要求必须把背包装满。一种区别
这两种问法的实现方法是在初始化的时候有所不同。
如果是第一种问法,要求恰好装满背包,那么在初始化时除了 F[0] 为 0 ,其它
F[1..V ] 均设为 −∞ ,这样就可以保证最终得到的 F[V ] 是一种恰好装满背包的最优解。
如果并没有要求必须把背包装满,而是只希望价格尽量大,初始化时应该将 F[0..V ]
全部设为 0 。


  • 最长公共子序列问题(LCS)
    先科普下最长公共子序列 & 最长公共子串的区别: 找两个字符串的最长公共子串,这个子串要求在原字符串中是连续的;而最长公共子序列则并不要求连续。

题目:给定两个字符串s1s2...sn和t1t2...tn;求出这两个字符串的最长公共子序列的长度。

输入
n=4
m=4
s="abcd"
t="becd"
----------
输出
3("bcd")

定义dp[i][j]为s1s2...sn和t1t2...tn的公共子序列的长度,再结合图和代码就很容易理解。

/*
问题可以转换为 “s中的前i个字符与t中的前j个字符的公共子序列长度dp[i][j]”;

如果当前s[i]==t[j],那么问题就转变为 “s中的前i-1个字符与t中的前j-1个字符的公共子序列长度 dp[i-1][j-1]+1 ”;

如果不相等,那么问题的转变就有两种可能性;
(1)s中的前i个字符与t中的前j-1个字符的公共子序列长度dp[i][j-1];
(2)s中的前i-1个字符与t中的前j个字符的公共子序列长度dp[i-1][j];

*/
int dp[][] = new int[n+1][m+1];
for(int i=1;i<=n;++i){
    for(int j=1;j<=m;++j){
        if(s[i-1]==t[j-1])
            dp[i][j]=dp[i-1][j-1]+1;
        else
            dp[i][j]=Math.max(dp[i][j-1],dp[i-1][j]);
    }
}
System.out.println(dp[n][m]);
01背包问题_第1张图片
这里写图片描述
  • 最长公共子串问题
最大公共子串长度问题就是:
求两个串的所有子串中能够匹配上的最大长度是多少。

比如:"abcdkkk" 和 "baabcdadabc",
可以找到的最长的公共子串是"abcd",所以最大公共子串长度为4。
//动态规划
public class Main
{
    static int f(String s1, String s2)
    {
        char[] c1 = s1.toCharArray();
        char[] c2 = s2.toCharArray();

        int[][] a = new int[c1.length+1][c2.length+1];

        int max = 0;
        for(int i=1; i max) max = a[i][j];
                }
            }
        }

        return max;
    }

    public static void main(String[] args){
        int n = f("abcdkkk", "baabcdadabc");
        System.out.println(n);
    }
}

你可能感兴趣的:(01背包问题)