算法——背包问题 01背包+完全背包+多重背包

ゞ 浴缸里的玫瑰 2022-06-06 10:41 445阅读 0赞

01背包:https://biancheng.love/problem/51/index

有n 种不同的物品,每个物品有两个属性,weight重量,value 价值,现在给一个容量为 w 的背包,问最多可带走多少价值的物品。

  1. int f[w+1]; //f[x] 表示背包容量为x 时的最大价值
  2. for(int i = 1; i <= n;i++)
  3. {
  4. for(long long j = weight[i]; j <= m; j++)
  5. {
  6. f[j] = max(f[j], f[j - weight[i]] + value[i]);
  7. /*
  8. long long tmp = f[j - weight[i]] + value[i];
  9. if(f[j] < tmp)
  10. f[j] = tmp;
  11. */
  12. }
  13. }

[cpp] view plain co

V=10,N=3,c[]={3,4,5}, w={4,5,6}

(1)背包不一定装满

计算顺序是:从右往左,自上而下:因为每个物品只能放一次,前面的体积小的会影响体积大的01-knapsack-nonfull

(2)背包刚好装满

计算顺序是:从右往左,自上而下。注意初始值,其中-inf表示负无穷

01-knapsack-full

完全背包:https://biancheng.love/problem/100/index

如果物品不计件数,就是每个物品不只一件的话,稍微改下即可

  1. for (int i = 1; i <= n; i++)
  2. {
  3. for (int j = m; j >= weight[i]; j--)
  4. f[j] = max(f[j], f[j - weight[i]] + value[i]);
  5. }

[cpp] view pla

f[w] 即为所求
初始化分两种情况:
1、如果背包要求正好装满则初始化 f[0] = 0, f[1~w] = -INF;

2、如果不需要正好装满 f[0~v] = 0;

V=10,N=3,c[]={3,4,5}, w={4,5,6}

(1)背包不一定装满

计算顺序是:从左往右,自上而下: 每个物品可以放多次,前面的会影响后面的

complete-knapsack-nonfull

(2)背包刚好装满

计算顺序是:从左往右,自上而下。注意初始值,其中-inf表示负无穷

complete-knapsack-full

多重背包:https://biancheng.love/problem/122/index

多重背包问题要求很简单,就是每件物品给出确定的件数,求可得到的最大价值
多重背包转换成 01 背包问题就是多了个初始化,把它的件数C 用二进制分解成若干个件数的集合,这里面数字可以组合成任意小于等于C的件数,而且不会重复,之所以叫二进制分解,是因为这样分解可以用数字的二进制形式来解释
比如:7的二进制 7 = 111 它可以分解成 001 010 100 这三个数可以组合成任意小于等于7 的数,而且每种组合都会得到不同的数
15 = 1111 可分解成 0001 0010 0100 1000 四个数字
如果13 = 1101 则分解为 0001 0010 0100 0110 前三个数字可以组合成 7以内任意一个数,即1、2、4可以组合为1——7内所有的数,加上 0110 = 6 可以组合成任意一个大于6 小于等于13的数,比如12,可以让前面贡献6且后面也贡献6就行了。虽然有重复但总是能把 13 以内所有的数都考虑到了,基于这种思想去把多件物品转换为,多种一件物品,就可用01 背包求解了。

看代码:

[cpp] view plain copy

  1. int n; //输入有多少种物品
  2. int c; //每种物品有多少件
  3. int v; //每种物品的价值
  4. int s; //每种物品的尺寸
  5. int count = 0; //分解后可得到多少种物品
  6. int value[MAX]; //用来保存分解后的物品价值
  7. int size[MAX]; //用来保存分解后物品体积
  8. scanf(“%d”, &n); //先输入有多少种物品,接下来对每种物品进行分解
  9. while (n—) //接下来输入n中这个物品
  10. {
  11. scanf(“%d%d%d”, &c, &s, &v); //输入每种物品的数目和价值
  12. for (int k=1; k<=c; k<<=1) //<<右移 相当于乘二
  13. {
  14. value[count] = k*v;
  15. size[count++] = k*s;
  16. c -= k;
  17. }
  18. if (c > 0)
  19. {
  20. value[count] = c*v;
  21. size[count++] = c*s;
  22. }
  23. }

定理:一个正整数n可以被分解成1,2,4,…,2^(k-1),n-2^k+1(k是满足n-2^k+1>0的最大整数)的形式,且1~n之内的所有整数均可以唯一表示成1,2,4,…,2^(k-1),n-2^k+1中某几个数的和的形式。

证明如下:

(1) 数列1,2,4,…,2^(k-1),n-2^k+1中所有元素的和为n,所以若干元素的和的范围为:[1, n];

(2)如果正整数t<= 2^k – 1,则t一定能用1,2,4,…,2^(k-1)中某几个数的和表示,这个很容易证明:我们把t的二进制表示写出来,很明显,t可以表示成n=a0*2^0+a1*2^1+…+ak*2^(k-1),其中ak=0或者1,表示t的第ak位二进制数为0或者1.

(3)如果t>=2^k,设s=n-2^k+1,则t-s<=2^k-1,因而t-s可以表示成1,2,4,…,2^(k-1)中某几个数的和的形式,进而t可以表示成1,2,4,…,2^(k-1),s中某几个数的和(加数中一定含有s)的形式。

(证毕!)

现在用count 代替 n 就和01 背包问题完全一样了

可参考杭电2191(多重背包用01和完全背包)

参考资料:http://blog.csdn.net/lyhvoyage/article/details/8545852

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