背包详解

匿名 (未验证) 提交于 2019-12-02 23:56:01

01背包

题目

有N件物品和一个容量为V的背包,每种物品只有一个,放入第i件物品的费用是Ci,价值是Wi

求将若干个物品装入背包得到的最大价值。(总费用不能超过总容量V)

解析

最基本的背包,每种物品只有一个,可放可不放。

很容易可以定义出状态F[i][j]表示前i件物品放入一个容量为j的背包的最大价值。

状态转移方程是F[i][j]=max(F[i-1][j],F[i-1][v-Ci]+Wi)(即不放与放)。

所以可以得到代码:

//F数组初值为0 for(int i=1;i<=N;i++) {     for(int j=0;j<C[i];j++)         F[i][j]=F[i-1][j];     for(int j=C[i];j<=V;j++)         F[i][j]=max(F[i-1][j],F[i-1][j-C[i]]+W[i]);             }

很显然时间复杂度已将无法优化了,考虑优化空间复杂度。

第二维显然无法舍去,考虑舍去第一维。

定义状态F[j]表示原来的F[i][j],舍去的i将在循环中体现。

F[i][j]是由F[i-1][j]与F[i-1][j-Ci]推导出的,所以我们需要保证F[j]也是由它们推导而出。

事实上,如果我们逆着做j循环,即j从V到0循环,计算F[j]时,F[j-Ci]的值就是F[i-1][j-Ci]的值。

所以我们可以将其优化成一维数组。


关于F数组初值的问题:

如果要求恰好装满背包,那么初始化时F[0]=0,其它均为负无穷,因为除了容量为0的背包可以在什么都不装时价格为0,其它容量的背包都不行(即不合法)。

如果没有要求恰好装满背包,那么初始化时F数组全部为0,因为任何容量的背包都可以不装任何物品价格为0。

Code

//F数组初值为0 for(int i=1;i<=N;i++)     for(int j=V;j>=C[i];j--)         F[j]=max(F[j],F[j-C[i]]+W[i]
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完全背包

题目

有N件物品和一个容量为V的背包,每种物品可以无限使用,放入第i件物品的费用是Ci,价值是Wi

求将若干个物品装入背包得到的最大价值。

解析

完全背包和01背包非常相似,唯一的区别就是01背包每种物品只能用一次,而完全背包可以无限使用。

所以考虑将完全背包转化成01背包,仔细想想,01背包在j循环时逆推是为了保证F[i][j]是由F[i-1][v-Ci]推导而来,即每种物品只选一次。

而如果我们正推j循环,即从Ci到V,那么每种物品都可以无限选用,这不正是完全背包吗?

Code

//F数组初值均为0 for(int i=1;i<=N;i++)     for(int j=C[i];j<=V;j++)         F[j]=max(F[j],F[v-C[i]]+W[i])
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多重背包

题目

有N件物品和一个容量为V的背包,每种物品有Mi个,放入第i件物品的费用是Ci,价值是Wi

求将若干个物品装入背包得到的最大价值。

解析

依旧转化成01背包求解,把第i种物品转换成Mi件只有1个的物品。

然后用求解01背包的方法来做即可。

Code

int k=n; for(int i=1;i<=n;i++)     while(M[i]>1)     {           C[++k]=C[i];           W[k]=W[i];           M[i]--;     } //F数组初值均为0 for(int i=1;i<=k;i++)     for(int j=V;j>=C[i];j--)         F[j]=max(F[j],F[j-C[i]]+W[i])
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例题一:开心的金明

【题目描述】

金明今天很开心,家里购置的新房就要领钥匙了,新房里有一间他自己专用的很宽敞的房间。

更让他高兴的是,妈妈昨天对他说:“你的房间需要购买哪些物品,怎么布置,你说了算,只要不超过N元钱就行”。今天一早金明就开始做预算,但是他想买的东西太多了,肯定会超过妈妈限定的N元。

于是,他把每件物品规定了一个重要度,分为5等:用整数15表示,第5等最重要。他还从因特网上查到了每件物品的价格(都是整数元)。

他希望在不超过N元(可以等于N元)的前提下,使每件物品的价格与重要度的乘积的总和最大。

设第j件物品的价格为v[j],重要度为w[j],共选中了k件物品,编号依次为j1,j2,,jk,则所求的总和为:

v[j1]×w[j1]+v[j2]×w[j2]++v[jk]×w[jk]。

请你帮助金明设计一个满足要求的购物单。

【输入格式】

第一行,为2个正整数,用一个空格隔开:N m(其中N表示总钱数,m为希望购买物品的个数。)

从第2行到第m+1行,第j行给出了编号为j1的物品的基本数据,每行有2个非负整数v p(其中v表示该物品的价格vp表示该物品的重要度(15)

【输出格式】

1个正整数,为不超过总钱数的物品的价格与重要度乘积的总和的最大值(<100000000)。

【输入样例】

1000 5 800 2 400 5 300 5 400 3 200 2

【输出样例】

3900

【数据规模】

N<30000,m<25,v≤10000

解析

裸的01背包,只需要注意价值是价格乘上重要度,再套上模板就可以了。

Code

#include <algorithm> #include <iostream> #include <cstring> #include <string> #include <cstdio> #include <cmath> using namespace std; int n,m,v[99999],p[99999],f[99999],maxn; int main() {     memset(f,0xcf,sizeof(f));     f[0]=0;     cin>>n>>m;     for(int i=1;i<=m;i++)      {         cin>>v[i]>>p[i];         p[i]*=v[i];     }     for(int i=1;i<=m;i++)         for(int j=n;j>=v[i];j--)         {             f[j]=max(f[j],f[j-v[i]]+p[i]);             maxn=max(maxn,f[j]);         }     cout<<maxn;     return 0; }
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例题二:金明的预算方案

详见

注:参考书籍:《背包九讲》

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