0,1背包问题

背包问题是动态规划的一个经典例子,先介绍简单的0,1背包问题。

参考:http://www.acmerblog.com/dp-10-01-knapsack-problem-5502.html

在M件物品取出若干件放在空间为W的背包里,每件物品的体积为W1,W2……Wn,与之相对应的价值为P1,P2……Pn。求出获得最大价值的方案。

注意:在本题中,所有的体积值均为整数。01的意思是,每个物品都是一个整体,要么整个都要,要么都不要。

和之前的问题一样,不管你是用递归还是用动态规划,分析出关系式是最重要的。

每个物品只有放入和不放入两种可能。我们从这里入手分析第n个物品的情况。

  • 如果第n个物品的体积太大,Wn>W,那么就不需要放进去了
  • 如果放进去,那么总价值应该加上当前物品的价值,剩余空间减小;
  • 如果不放进去,那么总价值和空间都不变,只是总的物品-1.

我们对后两种情况求max就可以了。

递归解决:

首先呢,我们直观的使用递归来写:
我们传递进去总重量,总数量,以及体积表和价值表,返回最大价值。

//1,recursive 
int solution_r(int* w,int weight,int* p,int n)
{
    if(w==0||n<=0||!p)
    return 0;
    
    if(w[n-1]>weight)
    return solution_r(w,weight,p,n-1);
    
    else
    return maxOfTwo(solution_r(w,weight-w[n-1],p,n-1)+p[n-1],solution_r(w,weight,p,n-1));
}

动态规划:

为什么要使用动态规划呢?
看下图,使用递归的时候进行了很多次重复的计算!

递归的过程

并且这个问题符合动态规划的两个特征:(重叠子问题最优子结构)

所以,我们使用DP会提升效率。

DP的思路还是和之前的一样,保存前面的计算结果。

我们申请一个dp的二维矩阵,因为我们有两个维度的信息在变化。
在上面的递归函数里面,虽然我们传递了4个参数,但是有两个是不变化的,所以我们只需要二维的矩阵,分别代表当前是第几个物品(i)和当前剩下的空间(j)。

但是下面的程序里面,有一些角标的细节需要大家注意一下,看注释就好。

//2,dynamic programming
//in solution1, we just changed two parameters
int solution_dp(int* w,int weight,int* p,int n)
{
    if(!w||!p||n<=0)
    return 0;
    
    int dp[100][100];//dp[n][weight]
    memset(dp,0,sizeof(dp));
    
    int i=0,j=0;//j is the remaining weight,i is the ith item
    for(i=1;i<=n;i++)//i<=n,since we have n items
    {
        for(j=1;j<=weight;j++)
        {
            
            if(w[i-1]<=j)//but why w[i-1]?----->in array,it is actually i-1 to ith item
            dp[i][j]=maxOfTwo(dp[i-1][j-w[i-1]]+p[i-1],dp[i-1][j]);
            else
            dp[i][j]=dp[i-1][j];
        }
    }
    return dp[n][weight];
}
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