整理记录一下各种背包问题的模型。
有些地方或者代码使用的是我之前的笔记,所以可能分析时是dp数组,代码中是f数组,但这影响很小。
01背包
dp[i][j] 表示从前i个物品中选,且体积不超过j的所有选法中所获价值最大的
状态转移:
选择第i个物品:dp[i][j] = dp[i-1][j-v[i]] + w[i]
不选第i个物品: dp[i][j] = dp[i-1][j]
for(int i = 1; i<=n; i++){
int w,v;
cin>>v>>w;
for(int j = 1; j<=m; j++){
dp[i][j] = dp[i-1][j];
if(j>=v)dp[i][j] = max(dp[i][j], dp[i-1][j-v]+w);
}
}
01背包空间优化
我们发现状态转移时只用到了第i-1层的状态,所以我们可以使用滚动数组把第一维优化掉
注意两点:
1.为什么反向遍历?
正向遍历的话,这一层前面更新的值会覆盖掉上一层的值,导致后面的更新出错
2.为什么j不需要到走到1
如果j < v的话,那么dp[j] = max(0,dp[k]) = dp[k] ,dp[k] 没有得到更新,所以可以直接跳出循环
for(int i = 1; i<=n; i++){
int w,v;
cin>>v>>w;
for(int j = m; j>=v; j--){
dp[j] = max(dp[j], dp[j-v]+w);
}
}
完全背包
与01背包不同的是,对于完全背包,每个物品可以拿任意个,所以状态表示可以和01背包一样,只不过在状态转移时我们需要枚举当前第i个物品拿几个,代码:
for(int i = 1; i<=n ;i++)
for(int j = 0; j<=m ;j++)
for(int k = 0; k*v[i]<=j ;k++)
f[i][j] = max(f[i][j],f[i-1][j-k*v[i]]+k*w[i]);
完全背包优化
与01背包一样的思路,只不过由于物品是无限个,所以我们不用逆序,而是考虑用第i层中前面体积较小的背包来更新后面的状态,因为第i个物品在体积较小的背包里面可能已经拿了多个。
推导:
f[i , j ] = max( f[i-1,j] , f[i-1,j-v]+w , f[i-1,j-2 * v]+2 * w , f[i-1,j-3 * v]+3 * w , ...)
f[i , j-v]= max( f[i-1,j-v] , f[i-1,j-2 * v] + w , f[i-1,j-2 * v]+2 * w , ...)
比较两式:
dp[i][j] = max(dp[i-1][j], dp[i,j-v]+w);(从这个式子也可以看出来我们应该使用第i层进行更新)
可以发现, 正序: 对应第i层。
逆序: 对应第i-1层。
for(int i = 1; i<=n; i++){
cin>>v>>w;
for(int j = v; j<=m; j++){
dp[j] = max(dp[j],dp[j-v]+w);
}
}
多重背包1
每件物品有多个,不是无限个(区别于完全背包),但数据量较小(0 题意与多重背包1一样,数据范围(0 每组有若干个物品,但是同一物品只能选一个。for(int i = 1; i<=n; i++){
for(int j = 0; j<=m; j++){
for(int k = 0; k<=s[i] && k*v[i]<=j; k++){
f[i][j] = max(f[i][j], f[i-1][j-k*v[i]] + w[i]*k);
}
}
}
多重背包2
证明一下: 对于数字k,我们找到最大的一个011..11(B)
假设011..11对应的十进制数字是a,
我们将这个011..11拆分成 000..01, 000..10,..., 001..00, 010..00
那么这些二进制数很明显可以组成0a之间的所有数,再加上最后那个k-a,那么就可以表达0k的所有数啦。
分完后,我们就可以按照01背包来做了,因为物品数目我们是可以通过枚举一一得到的。for(int i = 1; i<=n; i++){
int a,b,s;
cin>>a>>b>>s;
int t = 1;
while(t
=v[i] ; j--)
f[j] = max(f[j],f[j-v[i]] + w[i]);
分组背包
dp[i][j] 表示前i组里面选,体积不超过j的所有选法的最大价值
dp[i][j] = max(dp[i][j], dp[i-1][j-v[i][k]]+w[i][k]; //k表示第i组的第k个物品
思想和01背包类似,空间上也可以使用滚动数组进行优化。for(int i = 1; i<=n; i++){
for(int j = m; j>=0; j--)
for(int k = 0; k<=s[i]; k++)
if(j>=v[i][k])
f[j] = max(f[j],f[j-v[i][k]] + w[i][k]);