动态规划-背包问题(1)-01背包

    科技2022-07-15  118

    从今天开始正式学习动态规划的篇章啦。每天都一定会更新一篇 主要参考书籍有《算法笔记》,acwing大雪菜-基础课,提高课。 其他有关的博客,以及题目。在引用的时候,我也会贴上去。 背包问题 滚动数组以及在DP中的应用–>一定要看一下,优化就是在这里。 首先对动态规划有一个字面上的了解:它是为了解决什么问题? 动态规划是为了解决一类最优化问题的算法思想。简单来说,DP问题是为将一个复杂的问题分解成若干子问题,通过综合子问题的最优解来得到原问题的最优解。动态规划会将每个求解过的子问题的解记录下来,算是缓存的作用叭。

    0/1背包问题描述: 有N件物品和一个容量为V的背包。第i件物品的费用是c[i],价值是w[i]。求解将哪些物品装入背包可使这些物品的费用总和不超过背包容量,且价值总和最大。

    在闫老师的基础课中,分析过程如下,这算是最基本的分析套路:

    在这里的集合中,状态表示: 状态表示的集合:涉及对物品的所有选法。条件是:不能超过我们规定的容量,其实就是背包的体积。 状态集合的属性:这里选取的是最大值—>max。

    状态计算:(算是dp问题中,最最重要的了,找不对状态方程或者对状态方程理解错误,那是最操蛋的):

    这是最基础的背包问题,特点是:一个物品只有一件(或者理解为只能拿一次),在放入背包的过程中,可以选择放和不放。 用子问题定义状态:即f[i][v]表示前i件物品恰放入一个容量为v的背包可以获得的最大价值。

    这里对f[i][j]要有一个深刻的理解以及表述:将前i件物品放入容量为v的背包中。然后考虑集合呢?:若只考虑第i件物品的策略(放或不放)。对于对最后一个物品放还是不放:那么就可以转化为一个只牵扯前i-1件物品的问题。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v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-c[i]的背包中”,此时能获得的最大价值就是f [i-1][v-c[i]]再加上通过放入第i件物品获得的价值w[i]。

    那么集合的图如下:

    比如我给一堆数据:

    5 8 3 4 5 5 1 2 2 1 2 3 说明:表示5个物品,背包的大小是8.下面5行对应体积以及价值

    最大的价值应该是8

    5 5 1 2 2 1

    那么从以上的分析,我们采用二维的解法,代码如下: 第一维度是选物品,第二维度是控制体积。 存在一个递推关系:

    #include <iostream> using namespace std; int n,m;//n个物品,背包的体积为m const int N=1010; int w[N],v[N]; int f[N][N];//状态记忆 int main(){ cin>>n>>m; for(int i=1;i<=n;i++) cin>>v[i]>>w[i]; //这就是dp的核心了 for(int i=1;i<=n;i++){ for(int j=0;j<=m;j++){ //不选择第i件物品 f[i][j]=f[i-1][j]; //选择第i件物品,但是还是稍微去判断一下,万一背包装不下呢? if(v[i]<=j) f[i][j]=max(f[i][j],f[i-1][j-v[i]]+w[i]); } } cout<<f[n][m]; return 0; }

    从以上的代码中,我们不妨再去思考一下: 以上的时间,时间复杂度为O(n*V),空间复杂度是O(V) 在闫老师的讲解中,其实我觉得降维并没有特别理解。 还是从之前的状态转移方程出发:其实简单理解就是选还是不选。 d[i][j]=max(d[i-1][j],d[i-1][j-v[i]]+w[i])

    那么我们发现,dp很重要的思路是递推。像是多米诺骨牌效应,上面的状态转移方程f[i][j]受f[i-1][j]的影响。那么,当计算f[i+1][j]就完全用不到f[i-1][j]了。因此开一个一位数组f[v](即把之前的第一维i省去),枚举方向:i从1到n,体积v从V到0(这里是逆序),那么状态转移方程为:

    f[v]=max(f[v],f[v-v[i]]+w[i])

    这里还是很希望看一下滚动数组,不然直接就理解优化过程可能比较生涩。 逆序是为了保证更新当前状态时,用到的状态是上一轮的状态,保证每个物品只有一次或零次;

    #include <iostream> #include <algorithm> using namespace std; const int N=1010; int v[N],w[N],f[N]; int n,m; int main(){ cin>>n>>m; for(int i=1;i<=n;i++) cin>>v[i]>>w[i]; for(int i=1;i<=n;i++){ for(int j=m;j>=v[i];j--){ f[j]=max(f[j],f[j-v[i]]+w[i]); } } cout<<f[m]; return 0; }
    Processed: 0.015, SQL: 8