背包問(wèn)題

1、前言

背包問(wèn)題是典型的動(dòng)態(tài)規(guī)劃問(wèn)題,它有非常多的類型,本文討論最常見(jiàn)的0-1背包問(wèn)題

0-1背包問(wèn)題描述:
有一個(gè)竊賊在偷竊一家商店時(shí)發(fā)現(xiàn)有n件物品,第i件物品價(jià)值為vi元,重量為wi,假設(shè)vi和wi都為整數(shù)。他希望帶走的東西越值錢越好,但他的背包中之多只能裝下W磅的東西,W為一整數(shù)。他應(yīng)該帶走哪幾樣?xùn)|西?

2、問(wèn)題分析

動(dòng)態(tài)規(guī)劃問(wèn)題最重要的就是找出狀態(tài)方程,方程找錯(cuò)了,一定做不出來(lái)。

根據(jù)背包問(wèn)題描述,第一印象肯定不是鋼條切割類型的,因?yàn)槿绻驯嘲殖蓛蓚€(gè)背包,并一定兩個(gè)背包都能裝滿,可能會(huì)千萬(wàn)浪費(fèi),那么背包問(wèn)題是否可以采用 “數(shù)組最大連續(xù)子元素和”方式解題?

假定前n-1個(gè)物品,小偷已經(jīng)選好放入背包,此時(shí)價(jià)值最大,到第n個(gè)物品時(shí),如果背包已有重量加上wn仍然不超重的話,那么前n個(gè)物品中,加上vn,即為價(jià)值最大。

如果超重呢,那么不添加n即可,價(jià)值依然為之前背包物品價(jià)值。

設(shè)設(shè)有n個(gè)物品,背包的重量為w,C[i][w]為最優(yōu)解為:

3、編碼

已有狀態(tài)方程,如何編碼呢?

C[i][w]中i和w均為變量,那么至少需要使用兩次循環(huán),逐個(gè)求出所有的C[i][w]。

/**
 * 0 1背包問(wèn)題
 * 此問(wèn)題滿足最優(yōu)子問(wèn)題結(jié)構(gòu)。
 * 如果加上第i項(xiàng)的重量,不會(huì)超重,那么總體最大價(jià)值為value[i] + select[i-1][j-weight[i]]
 * 如果加上第i項(xiàng)的重量超重了,那么總體最大價(jià)值為select[i-1][j]
 */
public static int pack(int[] value, int[] weight, int w){
    int[][] select = new int[value.length][w+1];
    for (int i = 1; i <= w; i++) {
        select[0][i] = 0;
    }
    for (int i = 1; i < value.length; i++) {
        select[i][0] = 0;
        for (int j = 0; j <= w; j++) {
            if (weight[i] <= j) {
                if (value[i] + select[i-1][j-weight[i]] > select[i-1][j]) {
                    select[i][j] = value[i] + select[i-1][j-weight[i]];
                }else {
                    select[i][j] = select[i-1][j];
                }
            }else {
                select[i][j] = select[i-1][j];
            }
        }
    }
    
    return select[value.length-1][w];
}

上述代碼中,i代表物品,j代表背包重量。為了求解最后結(jié)果,需要把從0遞增到w的所有C[i][w]都求解一次。

ps:代碼已上傳至github,歡迎探討

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