背包问题

背包问题分为01背包和完全背包,下面分别分析其解法

01背包

有n件物品,每件物品的重量为w[i],价值为c[i]。现在需要选出若干件物品放入一个容量为V的背包中,使得再选入背包的物品重量和不超过容量V的前提下,让背包中物品价值和最大,求最大价值(1<=n<=20)

DFS:

/*每件物品有放与不放两种选择,这就形成了二叉树的两个分支,
利用深度遍历可以遍历到所有情况*/
#include<iostream>
using namespace std;
const int maxn = 30;
int n, V, maxValue = 0;//n为物品件数
int w[maxn], c[maxn];
void DFS(int index, int sumW, int sumC) {  //sumW.sumC分别为当前重量和和当前价值和
    if (index == n) {  //完成遍历
        if (sumW <= V && sumC > maxValue) {
            maxValue = sumC;//当不超过V时更新最大价值
        }
        return;
    }
    DFS(index + 1, sumW, sumC);//不选第index件物品,进入下一个左边一个分支
    DFS(index + 1, sumW + w[index], sumC + c[index]);//选第index件物品,进入右边一个分支
}
int main() {
    cin >> n >> V;
    for (int i = 0; i < n; i++)
        cin >> w[i];
    for (int i = 0; i < n; i++)
        cin >> c[i];
    DFS(0, 0, 0);
    cout << maxValue;
    return 0;
}

动态规划:

/*使用DFS要枚举每一件物品,那么n件物品就有2^n中情况,时间复杂度不太理想
现在用动态规划法来优化,以dp[i][v]来表示恰好装入容量为v的背包的最大价值
(1)不放第i件物品,那么最大价值与前面i-1件物品有关,即dp[i-1][v]
(2)放第i件物品,最大价值与也与前一件物品有关,即dp[i-1][v-w[i]]+c[i]
故得到转移方程  dp[i][v]=max(dp[i-1][v],dp[i-1][v-w[i]]+c[i])
*/
#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;
const int maxn = 100;
const int maxv = 1000;
int w[maxn], c[maxn], dp[maxn][maxv];
int main() {
    int n, V;
    cin >> n >> V;
    for (int i = 0; i < n; i++)
        cin >> w[i];
    for (int i = 0; i < n; i++)
        cin >> c[i];
    //边界
    for (int v = 0; v <= V; v++) {
        dp[0][v] = 0;
    }
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        for (int v = w[i]; v <= V; v++) {
            dp[i][v] = max(dp[i - 1][v], dp[i - 1][v - w[i]] + c[i]);
        }
    }
    int max = 0;
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        if (dp[i][V] > max)
            max = dp[i][V];
    }
    cout << max;
}

使用滚动数组法可以进一步优化空间复杂度

/*dp[i][v]只与dp[i-1][v-w[i]]和dp[i-1][v]有关,
所以当求解dp[i+1][]时dp[i-1][]就用不到了,
故转移方程为dp[v]=max(dp[v],dp[v-w[i]]+c[i]),但v的枚举方向改为V到0
*/
for (int i = 1; i <= n; i++) {
    for (v = V; v >= w[i]; v--) {
        dp[v] = max(dp[v], dp[v - w[i]] + c[i]);
    }
}

完全背包

有n种物品,每种物品重量为w[i],价值为c[i],现有一个容量为V的背包,问如何选取物品放入背包,使得总价值最大,其中每个物品有无穷件

动态规划:

/*完全背包和01背包的区别就在每种物品数量上,所以动态规划有很多相似点
(1)不放第i种,dp[i][v]=dp[i-1][v]
(2)放第i种,之后不一定就是i-1件,而是还可以继续放第i种,dp[i][v]=dp[i][v-w[i]]+c[i]
状态转移方程:dp[i][v]=max(dp[i-1][v],dp[i][v-w[i]]+c[i])
*/
  • 完全背包问题和贪心问题的分析:
    贪心问题通常不同种物品的重量相等,但价值不等,故优先把价值最大的物品装进背包
    而完全背包问题因为要考虑每种的重量,故不可先把价值最大的放进背包
    下面给一道贪心算法例题以供辨析

假如有三种月饼,其库存量分别为18、15、10万吨,总售价分别是75,72,45亿元,如果市场最大需求量只有20万吨,该如何销售

很明显应该是把单价最高的商品优先销售

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