「代码随想录」动态规划:关于完全背包,你该了解这些!

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完全背包

有N件物品和一个最多能背重量为W的背包。第i件物品的重量是weight[i],得到的价值是value[i] 。每件物品都有无限个(也就是可以放入背包多次),求解将哪些物品装入背包里物品价值总和最大。

完全背包和01背包问题唯一不同的地方就是,每种物品有无限件

同样leetcode上没有纯完全背包问题,都是需要完全背包的各种应用,需要转化成完全背包问题,所以我这里还是以纯完全背包问题进行讲解理论和原理。

在下面的讲解中,我依然举这个例子:

背包最大重量为4。

物品为:

重量 价值
物品0 1 15
物品1 3 20
物品2 4 30

每件商品都有无限个!

问背包能背的物品最大价值是多少?

01背包和完全背包唯一不同就是体现在遍历顺序上,所以本文就不去做动规五部曲了,我们直接针对遍历顺序经行分析!

关于01背包我如下两篇已经进行深入分析了:

  • 动态规划:关于01背包问题,你该了解这些!
  • 动态规划:关于01背包问题,你该了解这些!(滚动数组)

首先在回顾一下01背包的核心代码

for(int i = 0; i < weight.size(); i++) { // 遍历物品
    for(int j = bagWeight; j >= weight[i]; j--) { // 遍历背包容量
        dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);
    }
}

我们知道01背包内嵌的循环是从大到小遍历,为了保证每个物品仅被添加一次。

而完全背包的物品是可以添加多次的,所以要从小到大去遍历,即:

// 先遍历物品,再遍历背包
for(int i = 0; i < weight.size(); i++) { // 遍历物品
    for(int j = weight[i]; j < bagWeight ; j++) { // 遍历背包容量
        dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);

    }
}

至于为什么,我在动态规划:关于01背包问题,你该了解这些!(滚动数组)中也做了讲解。

dp状态图如下:

动态规划-完全背包

相信很多同学看网上的文章,关于完全背包介绍基本就到为止了。

其实还有一个很重要的问题,为什么遍历物品在外层循环,遍历背包容量在内层循环?

这个问题很多题解关于这里都是轻描淡写就略过了,大家都默认 遍历物品在外层,遍历背包容量在内层,好像本应该如此一样,那么为什么呢?

难道就不能遍历背包容量在外层,遍历物品在内层?

看过这两篇的话:

  • 动态规划:关于01背包问题,你该了解这些!
  • 动态规划:关于01背包问题,你该了解这些!(滚动数组)

就知道了,01背包中二维dp数组的两个for遍历的先后循序是可以颠倒了,一位dp数组的两个for循环先后循序一定是先遍历物品,再遍历背包容量。

在完全背包中,对于一维dp数组来说,其实两个for循环嵌套顺序同样无所谓!

因为dp[j] 是根据 下标j之前所对应的dp[j]计算出来的。 只要保证下标j之前的dp[j]都是经过计算的就可以了。

遍历物品在外层循环,遍历背包容量在内层循环,状态如图:

「代码随想录」动态规划:关于完全背包,你该了解这些!_第1张图片

遍历背包容量在外层循环,遍历物品在内层循环,状态如图:

「代码随想录」动态规划:关于完全背包,你该了解这些!_第2张图片

看了这两个图,大家就会理解,完全背包中,两个for循环的先后循序,都不影响计算dp[j]所需要的值(这个值就是下标j之前所对应的dp[j])。

先遍历被背包在遍历物品,代码如下:

// 先遍历背包,再遍历物品
for(int j = 0; j <= bagWeight; j++) { // 遍历背包容量
    for(int i = 0; i < weight.size(); i++) { // 遍历物品
        if (j - weight[i] >= 0) dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);
    }
    cout << endl;
}

C++测试代码

完整的C++测试代码如下:

// 先遍历物品,在遍历背包
void test_CompletePack() {
    vector weight = {1, 3, 4};
    vector value = {15, 20, 30};
    int bagWeight = 4;
    vector dp(bagWeight + 1, 0);
    for(int i = 0; i < weight.size(); i++) { // 遍历物品
        for(int j = weight[i]; j <= bagWeight; j++) { // 遍历背包容量
            dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);
        }
    }
    cout << dp[bagWeight] << endl;
}
int main() {
    test_CompletePack();
}


// 先遍历背包,再遍历物品
void test_CompletePack() {
    vector weight = {1, 3, 4};
    vector value = {15, 20, 30};
    int bagWeight = 4;

    vector dp(bagWeight + 1, 0);

    for(int j = 0; j <= bagWeight; j++) { // 遍历背包容量
        for(int i = 0; i < weight.size(); i++) { // 遍历物品
            if (j - weight[i] >= 0) dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);
        }
    }
    cout << dp[bagWeight] << endl;
}
int main() {
    test_CompletePack();
}

总结

细心的同学可能发现,全文我说的都是对于纯完全背包问题,其for循环的先后循环是可以颠倒的!

但如果题目稍稍有点变化,就会体现在遍历顺序上。

如果问装满背包有几种方式的话? 那么两个for循环的先后顺序就有很大区别了,而leetcode上的题目都是这种稍有变化的类型。

这个区别,我将在后面讲解具体leetcode题目中给大家介绍,因为这块如果不结合具题目,单纯的介绍原理估计很多同学会越看越懵!

别急,下一篇就是了!哈哈

最后,又可以出一道面试题了,就是纯完全背包,要求先用二维dp数组实现,然后再用一维dp数组实现,最后在问,两个for循环的先后是否可以颠倒?为什么?
这个简单的完全背包问题,估计就可以难住不少候选人了。

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