三种背包的模板

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0-1背包

2012年4月30日Yx.Ac发表评论阅读评论
 
文章作者: Yx.Ac   文章来源: 勇幸|Thinking ( http://www.ahathinking.com)   转载请注明,谢谢合作。

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四月份还没写,不能这么荒废了呀,赶紧水一篇吧,哈哈。前些日子回顾了DP的一些基础,就做一下整理吧,从0-1背包开始。

本节回顾0-1背包的基本模型,关于它的实现有很多种写法,这里对不同实现做个简单列举,主要是写代码练手了,主要有以下几方面内容:

==0-1背包问题定义 & 基本实现

==0-1背包使用滚动数组压缩空间

==0-1背包使用一维数组

==0-1背包恰好背满

==0-1背包输出最优方案

========================================

0-1背包问题定义 & 基本实现

问题:有个容量为V大小的背包,有很多不同重量weight[i](i=1..n)不同价值value[i](i=1..n)的物品,每种物品只有一个,想计算一下最多能放多少价值的货物。

DP的关键也是难点是找到最优子结构和重叠子问题,进而找到状态转移方程,编码就相对容易些。最优子结构保证每个状态是最优的,重叠子问题也即n状态的求法和n-1状态的求法是一样的;DP在实现上一般是根据状态转移方程自底向上的迭代求得最优解(也可以使用递归自顶向下求解)。

回到0-1背包,每个物体i,对应着两种状态:放入&不放入背包。背包的最优解是在面对每个物体时选择能够最大化背包价值的状态。0-1背包的状态转移方程为

1
f(i,v) = max{ f(i-1,v), f(i-1,v-c[i])+w[i] }

 

f(i,v)表示前i个物体面对容量为v时背包的最大价值,c[i]代表物体i的cost(即重量),w[i]代表物体i的价值;如果第i个物体不放入背包,则背包的最大价值等于前i-1个物体面对容量v的最大价值;如果第i个物体选择放入,则背包的最大价值等于前i-1个物体面对容量v-cost[i]的最大价值加上物体i的价值w[i]。

对于实现,一般采用一个二维数组(状态转移矩阵)dp[i][j]来记录各个子问题的最优状态,其中dp[i][j]表示前i个物体面对容量j背包的最大价值。

下面给出0-1背包的基本实现,时间复杂度为O(N*V),空间复杂度也为O(N*V),初始化的合法状态很重要,对于第一个物体即f[0][j],如果容量j小于第一个物体(编号为0)的重量,则背包的最大价值为0,如果容量j大于第一个物体的重量,则背包最大价值便为该物体的价值。为了能单步验证每个状态的最优解,程序最后将状态转移矩阵的有效部分输出到了文件。

代码如下:

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#include
using namespace std;
 
/* 0-1背包 版本1
  * Time Complexity  O(N*V)
  * Space Complexity O(N*V)
  * 设 V <= 200 N <= 10
  * 状态转移方程:f(i,v) = max{ f(i-1,v), f(i-1,v-c[i])+w[i] }
  */
 
int maxValue[11][201]; /* 前i个物体面对容量j的最大价值,即子问题最优解 */
int weight[11];
int value[11];
int V, N;
 
void main()
{
     int i, j;
     scanf("%d %d",&V, &N);
     for(i = 0; i < N; ++i)
     {
         scanf("%d %d",&weight[i],&value[i]);
     }
     for(i = 0; i < N; ++i)
     {
         for(j = 0; j <= V; ++j) /* 容量为V 等号 */
         {
             if(i > 0)
             {
                 maxValue[i][j] = maxValue[i-1][j];
                 if(j >= weight[i]) /* 等号 */
                 {
                     int tmp = maxValue[i-1][j-weight[i]] + value[i];
                     maxValue[i][j] = ( tmp > maxValue[i][j]) ? tmp : maxValue[i][j];
                 }
             }else   /* 数组第0行赋值 */
             {
                 if(j >= weight[0])
                     maxValue[0][j] = value[0];
             }
         }
     }
 
     printf("%d",maxValue[N-1][V]);
 
     /* 重定向输出结果到文件 */
     freopen("C:\\dp.txt","w",stdout);
     for(i = 0; i <= N; ++i)
     {
         for(j = 0; j <= V; ++j)
         {
             printf("%d   ",maxValue[i][j]);
         }
         printf("\n");
     }
 
}

测试用例:

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程序输出的状态转移矩阵如下图,第一行表示第1个物体对于容量0至V时的最优解,即背包最大价值。该实现方法是0-1背包最基本的思想,追踪状态转移矩阵有助于加深理解,POJ上单纯的0-1背包题目也有不少,如3624等,可以水一下,加深理解。

========================================

0-1背包使用滚动数组压缩空间

所谓滚动数组,目的在于优化空间,从上面的解法我们可以看到,状态转移矩阵使用的是一个N*V的数组,在求解的过程中,我们可以发现,当前状态只与前一状态的解有关,那么之前存储的状态信息已经无用了,可以舍弃的,我们只需要空间存储当前的状态和前一状态,所以只需使用2*V的空间,循环滚动使用,就可以达到跟N*V一样的效果。这是一个非常大的空间优化。

代码如下,我们可以在每轮内循环结束后输出当前状态的解,与上面使用二维数组输出的状态转移矩阵对比,会发现是一样的效果,重定向输出到文本有助加深理解。

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#include
using namespace std;
 
/* 0-1背包 版本2
  * Time Complexity  O(N*V)
  * Space Complexity O(2*V)
  * 设 V <= 200 N <= 10
  * 状态转移方程:f(i,v) = max{ f(i-1,v), f(i-1,v-c[i])+w[i] }
  */
 
int maxValue[2][201]; /* 前i个物体面对容量j的最大价值,即子问题最优解 */
int weight[11];
int value[11];
int V, N;
 
void main()
{
     int i, j, k;
     scanf("%d %d",&V, &N);
     for(i = 0; i < N; ++i)
     {
         scanf("%d %d",&weight[i],&value[i]);
     }
     for(i = 0; i < N; ++i)
     {
         for(j = 0; j <= V; ++j) /* 容量为V 等号 */
         {
             if(i > 0)
             {
                 k = i & 1;    /* i%2 获得滚动数组当前索引 k */
 
                 maxValue[k][j] = maxValue[k^1][j];
                 if(j >= weight[i]) /* 等号 */
                 {
                     int tmp = maxValue[k^1][j-weight[i]] + value[i];
                     maxValue[k][j] = ( tmp > maxValue[k][j]) ? tmp : maxValue[k][j];
                 }
             }else   /* 数组第0行赋值 */
             {
                 if(j >= weight[0])
                     maxValue[0][j] = value[0];
             }
         }
     }
 
     printf("%d",maxValue[k][V]);
 
     /* 重定向输出结果到文件 */
     freopen("C:\\dp.txt","w",stdout);
     for(i = 0; i <= 1; ++i)
     {
         for(j = 0; j <= V; ++j)
         {
             printf("%d ",maxValue[i][j]);
         }
         printf("\n");
     }
 
}

这种空间循环滚动使用的思想很有意思,类似的,大家熟悉的斐波那契数列,f(n) = f(n-1) + f(n-2),如果要求解f(1000),是不需要申请1000个大小的数组的,使用滚动数组只需申请3个空间f[3]就可以完成任务。

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0-1背包使用一维数组

使用滚动数组将空间优化到了2*V,在背包九讲中提到了使用一维数组也可以达到同样的效果,个人认为这也是滚动思想的一种,由于使用一维数组解01背包会被多次用到,完全背包的一种优化实现方式也是使用一维数组,所以我们有必要理解这种方法。

如果只使用一维数组f[0…v],我们要达到的效果是:第i次循环结束后f[v]中所表示的就是使用二维数组时的f[i][v],即前i个物体面对容量v时的最大价值。我们知道f[v]是由两个状态得来的,f[i-1][v]和f[i-1][v-c[i]],使用一维数组时,当第i次循环之前时,f[v]实际上就是f[i-1][v],那么怎么得到第二个子问题的值呢?事实上,如果在每次循环中我们以v=v…0的顺序推f[v]时,就能保证f[v-c[i]]存储的是f[i-1][v-c[i]]的状态。

逆序的原因:在第i次循环开始之前,f[0---v]中存的相当于使用二维数组时的f[i-1][v],即前(i-1)个物体在容量为v时的最大价值,当第i次循环开始,我们知道f[v]是由两个状态得来的,f[i-1][v]和f[i-1][v-c[i]],此时无论对v正序还是逆序,f[v]都表示f[i-1][v],问题是怎样让f[v-c[i]]表示f[i-1][v-c[i]],如果正序,由于v-c[i]

 

状态转移方程为:

1
v = V...0; f(v) = max{ f(v), f(v-c[i])+w[i] }

我们可以与二维数组的状态转移方程对比一下

1
f(i,v) = max{ f(i-1,v), f(i-1,v-c[i])+w[i] }

正如我们上面所说,f[v-c[i]]就相当于原来f[i-1][v-c[i]]的状态。如果将v的循环顺序由逆序改为顺序的话,就不是01背包了,就变成完全背包了,这个后面说。这里举一个例子理解为何顺序就不是01背包了

假设有物体z容量2,价值vz很大,背包容量为5,如果v的循环顺序不是逆序,那么外层循环跑到物体z时,内循环在v=2时,物体z被放入背包,当v=4时,寻求最大价值,物体z放入背包,f[4]=max{f[4],f[2]+vz},这里毫无疑问后者最大,那么此时f[2]+vz中的f[2]已经装入了一次物体z,这样一来该物体被装入背包两次了就,不符合要求,如果逆序循环v,这一问题便解决了。

代码如下,为了加深理解,可以在内循环结束输出每一个状态的情况到文本中,会发现与使用二维数组时的状态转移矩阵都是一样一样的。

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#include
using namespace std;
 
/* 0-1背包 版本3
  * Time Complexity  O(N*V)
  * Space Complexity O(V)
  * 设 V <= 200 N <= 10
  * 状态转移方程:v = V...0; f(v) = max{ f(v), f(v-c[i])+w[i] }
  */
 
int maxV[201];    /* 记录前i个物品中容量v时的最大价值 */
int weight[11];
int value[11];
int V, N;
 
void main()
{
     int i, j;
     scanf("%d %d",&V, &N);
     for(i = 0; i < N; ++i)
     {
         scanf("%d %d",&weight[i],&value[i]);
     }
 
     /*
      * 对于第i轮循环
      * 求出了前i个物品中面对容量为v的最大价值
     */
     for(i = 0; i < N; ++i)
     {
         /*
          * 内循环实际上讲maxV[0...v]滚动覆盖前一轮的maxV[0...V]
          * 可输出对照使用二维数组时的情况
          * j从V至0逆序是防止有的物品放入背包多次
         */
         for(j = V; j >= weight[i]; --j)   /* weight > j 的物品不会影响状态f[0,weight[i-1]]  */
         {
             int tmp = maxV[j-weight[i]]+value[i];
             maxV[j] = (maxV[j] > tmp) ? maxV[j] : tmp;
         }
     }
     printf("%d",maxV[V]);
}

可以看出,使用一维数组,代码非常简练。

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0-1背包恰好背满

在01背包中,有时问到“恰好装满背包”时的最大价值,与不要求装满背包的区别就是在初始化的时候,其实对于没有要求必须装满背包的情况下,初始化最大价值都为0,是不存在非法状态的,所有的都是合法状态,因为可以什么都不装,这个解就是0,但是如果要求恰好装满,则必须区别初始化,除了f[0]=0,其他的f[1…v]均设为-∞或者一个比较大的负数来表示该状态是非法的。

这样的初始化能够保证,如果子问题的状态是合法的(恰好装满),那么才能得到合法的状态;如果子问题状态是非法的,则当前问题的状态依然非法,即不存在恰好装满的情况。

代码如下:

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#include
using namespace std;
 
int maxV[201];    /* 记录前i个物品中容量v时的最大价值 */
int weight[11];
int value[11];
int V, N;
 
void main()
{
     int i, j;
     scanf("%d %d",&V, &N);
     for(i = 0; i < N; ++i)
     {
         scanf("%d %d",&weight[i],&value[i]);
     }
     for(i = 1; i <= V; ++i)  /* 初始化非法状态 */
     {
         maxV[i] = -100;
     }
 
     for(i = 0; i < N; ++i)
     {
         for(j = V; j >= weight[i]; --j)
         {
             int tmp = maxV[j-weight[i]]+value[i];
             maxV[j] = (maxV[j] > tmp) ? maxV[j] : tmp;
         }
     }
}

为了加深理解,输出每轮循环的状态矩阵如下,对照每个物体的情况,就会理解为什么做那样的初始化了。

========================================

0-1背包输出最优方案

一般来讲,背包问题都是求一个最优值,但是如果要求输出得到这个最优值的方案,就可以根据状态转移方程往后推,由这一状态找到上一状态,依次向前推即可。

这样就可以有两种实现方式,一种是直接根据状态转移矩阵向前推,另一种就是使用额外一个状态矩阵记录最优方案的路径,道理都是一样的。当然也可以使用一维数组,代码更为简练,这里不罗列,相关代码可以到这里下载。

代码如下:

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#include
using namespace std;
 
/* 0-1背包 输出最优方案 2 直接根据状态数组算
  * Time Complexity  O(N*V)
  * Space Complexity O(N*V)
  * 设 V <= 200 N <= 10
  * 状态转移方程:f(i,v) = max{ f(i-1,v), f(i-1,v-c[i])+w[i] }
  */
 
int maxValue[11][201]; /* 记录子问题最优解 */
int weight[11];
int value[11];
int V, N;
 
void main()
{
     int i, j;
     scanf("%d %d",&V, &N);
     for(i = 0; i < N; ++i)
     {
         scanf("%d %d",&weight[i],&value[i]);
     }
     for(i = 0; i < N; ++i)
     {
         for(j = 0; j <= V; ++j)
         {
             if(i > 0)
             {
                 maxValue[i][j] = maxValue[i-1][j];
                 if(j >= weight[i])
                 {
                     int tmp = maxValue[i-1][j-weight[i]] + value[i];
                     maxValue[i][j] = ( tmp > maxValue[i][j]) ? tmp : maxValue[i][j];
                 }
             }else
             {
                 if(j >= weight[0])
                     maxValue[0][j] = value[0];
             }
         }
     }
 
     printf("%d\n",maxValue[N-1][V]);
 
     i = N-1;
     j = V;
     while(i >= 0)
     {
         if(maxValue[i][j] == maxValue[i-1][j-weight[i]] + value[i])
         {
             printf("%d ",i);
             j = j - weight[i];
         }
         --i;
     }
}

01背包是背包问题的基础,加深理解的最好方式就是动手写一下,然后对照最终的状态转移矩阵一一比对。

本文相关代码可以到这里下载。

(全文完)

参考资料:背包问题九讲 http://love-oriented.com/pack/

 
分类:算法 数据结构标签:0/1背包, 01背包一维数组, 01背包恰好背满, DP, DP输出最优方案, POJ, 动态规划, 滚动数组, 背包
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
完全:http://www.ahathinking.com/archives/108.html

完全背包

2012年6月11日Yx.Ac发表评论阅读评论
 
文章作者: Yx.Ac   文章来源: 勇幸|Thinking ( http://www.ahathinking.com)   转载请注明,谢谢合作。

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前面回顾了01背包,在此基础上本节回顾完全背包的几种实现形式,主要有以下几方面内容:

==完全背包问题定义 & 基本实现

==完全背包二进制拆分思想

==完全背包使用滚动数组(略)

==完全背包中的逆向思维

==完全背包使用一维数组

========================================

完全背包问题定义 & 基本实现

问题:有个容量为V大小的背包,有很多不同重量weight[i](i=1..n)不同价值value[i](i=1..n)的货物,每种物品有无限件可用,想计算一下最多能放多少价值的货物。

与01背包不同的是,完全背包每件物体可以放入无限件(只要能放的下),故对于每件物品i,相当于拆分成了v/c[i]件相同的物品,拆分之后物品i就不是放入或不放入的两种情况了,而是放入0件、放入1件、放入2件…等情况了,对于该件物品i,最大价值取放入k件的最大值,故状态转移方程为:

1
f(i,v) = max{ f(i-1,v-k*c[i]) + k*w[i] | 0<=k<=v/c[i] }

各状态的意义不再赘述,上代码,关于复杂度以及每种物品的状态数见代码注释:

 

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#include
using namespace std;
 
/* 完全背包 版本1
  * Time Complexity  大于O(N*V)
  * Space Complexity O(N*V)
  * 设 V <= 200 N <= 10
  * 状态转移方程:f(i,v) = max{ f(i-1,v-k*c[i]) + k*w[i] | 0<=k<=v/c[i]  }
  * 每件物品有v/c[i]种状态
  */
 
int maxV[11][201];    /* 记录子问题最优解,物品可重复 */
int weight[11];
int value[11];
int V, N;
 
void main()
{
     int i, j, k;
     scanf("%d %d",&V, &N);
     for(i = 0; i < N; ++i)
     {
         scanf("%d %d",&weight[i],&value[i]);
     }
     for(i = 0; i < N; ++i)
     {
         for(j = 0; j <= V; ++j)
         {
             if(i > 0)
             {
                 maxV[i][j] = maxV[i-1][j];
                 if(j/weight[i] >= 1)
                 {
                     int max_tmp = 0;
                     for(k = 1; k <= j/weight[i]; ++k)//正是因为加了i-1这一个限制条件,所以用二维数组做的完全背包必须再加一重k循环,因为有了i-1这个限制,所以不可能访问到本次也就是第i次循环的数据
                     {
                         if(maxV[i-1][j-k*weight[i]] + k*value[i] > max_tmp)
                         {
                             max_tmp = maxV[i-1][j-k*weight[i]] + k*value[i];
                         }
                     }
                     maxV[i][j] = maxV[i][j] > max_tmp ? maxV[i][j] : max_tmp;
                 }
             }else
             {
                 if(j/weight[0] >= 1)
                 {
                     maxV[0][j] = j/weight[0] * value[0];
                 }
             }
         }
     }
     printf("%d",maxV[N-1][V]);
}

========================================

完全背包二进制拆分思想

这种实现方式是对完全背包的基本实现做了一个优化,叫“二进制拆分”。所谓“拆分物体”就是将一种无限件物品拆分成有效的几件物品,拆分物体的目的是通过减少物品个数来降低复杂度。

在完全背包中,每种物品i对于容量v来讲实际上相当于有v/c[i]件,故在上述的基本实现中,k就要循环测试v/c[i]次。

这里的拆分是利用了一种二进制思想:即任何数字都可以表示成若干个2^k数字的和,例如7可以用1+2+2^2表示;这很好理解,因为任何正数都可以转成二进制,二进制就是若干个“1”(2的幂数)之和。

所以不管最优策略选择几件物品i,我们都可以将物品i拆成费用为c[i]*2^k,价值为w[i]*2^k的若干件物品。这样物品的状态数就降为了log(v/c[i]),是很大的改进。

在代码实现上,与基本实现的差别很小,区别如下

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/* 完全背包 版本2
  * Time Complexity  大于O(N*V)
  * Space Complexity O(N*V)
  * 设 V <= 200 N <= 10
  * 状态转移方程:f(i,v) = max{ f(i-1,v-2^k*c[i]) + 2^k*w[i] | 0<=k<=log v/c[i]  }
  * 每件物品降低为 log(v/c[i]) 种状态
  */
for(k = 1; k <= j/weight[i]; k <<= 1)
{
      if(maxV[i-1][j-k*weight[i]] + k*value[i] > max_tmp)
      {
           max_tmp = maxV[i-1][j-k*weight[i]] + k*value[i];
      }
}

对于使用滚动数组的实现,这里就不写了,跟01背包是一样的。

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完全背包中的逆向思维

我们知道,在01背包和完全背包的实现中,都是针对每种物品进行讨论,即外循环都是for i=0…n,然后每种物品对于容量v的变化而求得最大价值;

在完全背包中,由于物品的件数无限,所以我们可以倒过来想,我们针对每个容量讨论,外循环为容量,对于每个容量j,我们求j对于所有物品能装载的最大价值,这样一来我们就能将时间复杂度降为O(N*V)了。代码如下:

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#include
using namespace std;
 
/* 完全背包 版本3
  * Time Complexity  O(N*V)
  * Space Complexity O(N*V)
  * 设 V <= 200 N <= 10
  */
 
int maxValue[201][11]; /* 记录子问题的各状态 */
int weight[11];
int value[11];
int maxV[201]; /* 记录子问题的最优解 */
int V, N;
 
void main()
{
     int i, j;
     scanf("%d %d",&V, &N);
     for(i = 0; i < N; ++i)
     {
         scanf("%d %d",&weight[i],&value[i]);
     }
 
     for(i = 1; i <= V; ++i)
     {
         int i_maxV = 0;        /* 记录子问题i的最优解 */
 
         /* 每个容量求面对所有物体能装载的最大价值 */
         for(j = 0; j < N; ++j)
         {
             if(i >= weight[j])
             {
                 int tmp = maxV[i-weight[j]] + value[j];
                 maxValue[i][j] = maxV[i-1] > tmp ? maxV[i-1] : tmp;
             }else
             {
                 maxValue[i][j] = maxV[i-1];
             }
             if(maxValue[i][j] > i_maxV)
             {
                 i_maxV = maxValue[i][j];
             }
         }
         maxV[i] = i_maxV;
     }
 
     printf("%d",maxV[V]);
 
     /* 重定向输出结果到文件 */
     freopen("C:\\dp.txt","w",stdout);
     for(i = 0; i <= V; ++i)
     {
         for(j = 0; j < N; ++j)
         {
             printf("%d ",maxValue[i][j]);
         }
         printf("   %d\n",maxV[i]);
     }
 
}

同样,可以将状态转移矩阵重定向输出到文件进行对比,一看就明白了,这里就不贴图片了。

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完全背包使用一维数组

对于01背包和完全背包,无论是空间复杂度还是时间复杂度,最优的方法还是使用一维数组进行实现。

基于01背包的分析,由于不必考虑物品的重复放入,故v的循环采用顺序即可。

 能够想到用一维数组的人很聪明,因为他很巧妙地减少了一重循环,这是为什么呢,你仔细想一下,如果用一维数组,那么就没有了现在的dp数组只能访问第i-1重循环的限制,dii重循环可以访问这重循环前面计算出来的数据,也就是说,在这重(第i重)循环中,可以多次累加i物品,这样就避免了三重循环。 代码如下:

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#include
using namespace std;
 
/* 完全背包 版本4
  * Time Complexity  O(N*V)
  * Space Complexity O(V)
  * 设 V <= 200 N <= 10
  * 状态转移方程:v =0...V; f(v) = max{ f(v), f(v-c[i])+w[i] }
  */
 
int maxV[201];    /* 记录前i个物品中容量v时的最大价值, 物品可重复 */
int weight[11];
int value[11];
int V, N;
 
void main()
{
     int i, j;
     scanf("%d %d",&V, &N);
     for(i = 0; i < N; ++i)
     {
         scanf("%d %d",&weight[i],&value[i]);
     }
     for(i = 0; i < N; ++i)
     {
         for(j = weight[i]; j <= V; ++j)  /* j
         {
             int tmp = maxV[j-weight[i]]+value[i];
             maxV[j] = (maxV[j] > tmp) ? maxV[j] : tmp;
         }
     }
     printf("%d",maxV[V]);
}

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PS:值得一提的是,在01背包和完全背包中,我们用到了两种思想,个人认为还是很有用的,其他地方也会用到很多,我们有必要在此留心:

  • 滚动数组压缩空间的思想
  • 二进制拆分的思想

记得有一回看到的面试题就用到了二进制拆分的思想,具体是啥忘了,以后碰到再说吧,就这样。

本文相关代码可以到这里下载。

(全文完)

参考资料:背包问题九讲 http://love-oriented.com/pack/

 
分类:算法 数据结构标签:一维动规, 二进制拆分, 完全背包, 滚动数组
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
多重: http://www.ahathinking.com/archives/109.html

多重背包

2012年6月11日Yx.Ac发表评论阅读评论
 
文章作者: Yx.Ac   文章来源: 勇幸|Thinking ( http://www.ahathinking.com)   转载请注明,谢谢合作。

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前面已经回顾了01背包和完全背包,本节回顾多重背包的几种实现形式,主要有以下几方面内容:

==多重背包问题定义 & 基本实现

==多重背包二进制拆分实现

==防火防盗防健忘

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多重背包问题定义 & 基本实现

问题:有个容量为V大小的背包,有很多不同重量weight[i](i=1..n)不同价值value[i](i=1..n)的货物,第i种物品最多有n[i]件可用,计算一下最多能放多少价值的货物。

对于多重背包的基本实现,与完全背包是基本一样的,不同就在于物品的个数上界不再是v/c[i]而是n[i]与v/c[i]中较小的那个。状态转移方程如下

1
f(i,v) = max{ f(i-1,v-k*c[i]) + k*w[i] | 0<=k<=n[i] }

代码与完全背包的区别仅在内部循环上由

1
for(k = 1; k <= j/weight[i]; ++k)

变为

1
for(k = 1; k <=n[i] && k<=j/weight[i]; ++k)

当然,输入上的区别就不说了。

 

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多重背包二进制拆分实现

跟完全背包一样的道理,利用二进制的思想将n[i]件物品i拆分成若干件物品,目的是在0-n[i]中的任何数字都能用这若干件物品代换,另外,超过n[i]件的策略是不允许的。

方法是将物品i分成若干件,其中每一件物品都有一个系数,这件物品的费用和价值都是原来的费用和价值乘以这个系数,使得这些系数分别为1,2,4,…,2^(k-1),n[i]-2^k+1,且k满足n[i]-2^k+1>0的最大整数。例如,n[i]=13,就将该物品拆成系数为1、2、4、6的四件物品。分成的这几件物品的系数和为n[i],表明不可能取多于n[i]件的第i种物品。另外这种方法也能保证对于0..n[i]间的每一个整数,均可以用若干个系数的和表示。

代码如下:测试用例见代码末的注释

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#include
using namespace std;
 
/* 多重背包 二进制拆分
  * Time Complexity  大于O(N*V)
  * Space Complexity O(N*V)
  * 设 V <= 200 N <= 10 ,拆分后 物品总数 < 50
  * 每件物品有 log n[i]种状态
  */
 
int maxV[201];
int weight[50]; /* 记录拆分后物体重量 */
int value[50];  /* 记录拆分后物体价值 */
int V, N;
 
void main()
{
     int i, j;
     scanf("%d %d",&V, &N);
     int weig, val, num;
     int count = 0;
 
     for(i = 0; i < N; ++i)
     {
         scanf("%d %d %d",&weig,&val,&num);
 
         for(j = 1; j <= num; j <= 1) // 二进制拆分
         {
             weight[count] = j * weig;
             value[count++] = j * val;
             num -= j;
         }
         if(num > 0)
         {
             weight[count] = num * weig;
             value[count++] = num * val;
         }
     }
     for(i = 0; i < count; ++i)  // 使用01背包
     {
         for(j = V; j >= weight[i]; --j)
         {
             int tmp = maxV[j-weight[i]] + value[i];
             maxV[j] = maxV[j] > tmp ? maxV[j] : tmp;
         }
     }
     printf("%d",maxV[V]);
}
 
/*
     【输入样例】
     4 20
     3     9     3
     5     9     1
     9     4     2
     8     1     3
     【输出样例】
     47
*/

========================================

简单背包基础总结:

回顾了3种简单背包后,有些思想慢慢体会,实践中,对于01背包和完全背包使用一维数组实现是最简便高效的,对于多重背包,最好就是输入时进行二进制拆分,然后使用01背包,这样比基本实现和在运算时再进行拆分要简捷的多。

防火防盗防健忘:

没事水一下:POJ  PKU:

01背包: 3211、3624、3628

完全背包:1252、1384、2063

多重背包:1014、1276、1742、2392、3260(完全+多重)

本文相关代码可以到这里下载。

(全文完)

参考资料:背包问题九讲 http://love-oriented.com/pack/

 
分类:算法 数据结构标签:PKU, POJ, 二进制拆分, 多重背包

转载于:https://www.cnblogs.com/SSYYGAM/p/4539622.html

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