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    多重背包问题

    有 N 种物品和一个容量是 V 的背包。

    第 i 种物品最多有 si 件,每件体积是 vi,价值是 wi。

    求解将哪些物品装入背包,可使物品体积总和不超过背包容量,且价值总和最大。
    输出最大价值。

    输入格式
    第一行两个整数,N,V,用空格隔开,分别表示物品种数和背包容积。

    接下来有 N 行,每行三个整数 vi,wi,si,用空格隔开,分别表示第 i 种物品的体积、价值和数量。

    输出格式
    输出一个整数,表示最大价值。

    数据范围
    0<N,V≤100
    0<vi,wi,si≤100
    输入样例
    4 5
    1 2 3
    2 4 1
    3 4 3
    4 5 2
    输出样例:
    10

    学习多重背包前建议先理解 01背包 和 完全背包 传送门:
    DP - 背包九讲之01背包
    DP - 背包九讲之完全背包

    问题大意:

    给出 n 个物品和背包的最大容量 m, 接下来输入n 种物品,每个物品有这样的3个属性,体积 价值 可选的最大件数,询问背包能容纳的情况下,背包内的最大价值是多少。

    问题分析

    多重背包问题介于01背包和完全背包两者之间,01背包只有选与不选,而完全背包可以选无数件,我们可以把多重背包看作是01背包的变种,因为数据范围是100,我们完全可以在 01背包的基础上,枚举每种物品选几次,所以只要在01背包的基础上加一层循环,枚举一下从0 - s且体积不超过背包的容积即可。
    状态转移方程:
    dp[j]=max(dp[j],dp[j-k * v[i]] + k * w[i])
    多重背包的朴素写法:

    #include <iostream>
    #include <algorithm>
    #include <cstring>
    using namespace std;
    const int N = 110;
    int f[N];
    int main()
    {
        memset(f, 0, sizeof f);
        int n, m;
        cin >> n >> m;
        for (int i = 1; i <= n; i++)
        {
          int s, w, v;
          cin >> v >> w >> s;
          for (int j = m; j >= v; j--)
            for (int k = 1; k <= s && k * v <= j; k++)//枚举到底选几个物品
              f[j] = max(f[j], f[j - k * v] + k * w);
        }
        cout << f[m] << endl;
      return 0;
    }
    

    这种写法太过暴力,只适用于数据范围极小的情况,如果将数据范围改为1e3呢,朴素写法的复杂度就变成了 1e9,一定会超时,为了应对这种情况,我们可以优化一下。

    多重背包的二进制优化

    前面已经说过,当数据范围1000时,枚举的复杂度是n3 大约是1e9,我们要优化一下才能实现。
    优化之前,先来了解下二进制拆数:
    对于任何一个数,都可以用最多floor(log以2为底num)通过选和不选表示出来1-num的数,而且不会表示到Num+1,因为所有数之和就是num。
    拿7来讲:7拆成1 2 4 用1表示选,0表示不选
    1 100
    2 010
    3 110
    4 001
    5 101
    6 011
    7 111
    s初始化为1,每次num-=s,s再x=2,直x到减到不能再减,拿9举例,9-1 = 8 8-2 = 6 6-4 = 2 最后num变成了2,那么2直接拿来用即可。9拆成 1 2 4 2
    利用这个原理,我们完全可以把多重背包可选的数目s 拆成Logs个数,每种的体积是 k · v 而价值是 k · w ( k 为拆好的数 ) 这样就可以把多重背包问题转换为01背包问题了(拆成Logs种后每种就只有选和不选两种选择)。
    分析一下二进制优化的复杂度 1000(物品数) x log(1000)(每种物品可选数) x 1000(容积) 这个复杂度是大约1e7的,完全可以。
    因为不知道拆后的具体数是多少,这里用一个不定长数组vector来存拆好的每一个物品,之后套用01背包的模板即可实现。代码实现:

    #include <cstdio>
    #include <iostream>
    #include <algorithm>
    #include <vector>
    #include <cstring>
    using namespace std;
    const int N = 2010;
    struct node
    {
    	int v, w;
    };
    vector<node> bag;
    int f[N];
    int main()
    {
    	memset(f, 0, sizeof f);
    	int n, m;
    	cin >> n >> m;
    	for (int i = 0; i < n; i++)
    	{
    		int v, w, s;
    		cin >> v >> w >> s;
    		for (int j = 1; j <= s; j <<= 1)//拆数的过程
    		{
    			s -= j;
    			bag.push_back({j * v, j * w});
    		}
    		if (s > 0)
    			bag.push_back({s * v, s * w});
    	}
    	for (auto i : bag)//拆好以后就变成了bag.size()个单独的物品
    		for (int j = m; j >= i.v; j--)
    			f[j] = max(f[j], f[j - i.v] + i.w);
    	cout << f[m] << endl;
    	return 0;
    }
    

    当然,这种方式只适用于1e3左右的数据范围,当数据范围达到1e4甚至更大时,还需要另一种优化方式:多重背包的单调队列优化,由于笔者实力有限,填个坑,学会了再补上(待补)。

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/Hayasaka/p/14294215.html
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