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  • 转:背包问题的解法

    背包问题目前有两种常规解放:递归方法和动态规划法

    1.动态规划方法

    转自:http://blog.sina.com.cn/s/blog_6dcd26b301013810.html

    动态规划的基本思想:

    将一个问题分解为子问题递归求解,且将中间结果保存以避免重复计算。通常用来求最优解,且最优解的局部也是最优的。求解过程产生多个决策序列,下一步总是依赖上一步的结果,自底向上的求解。

    动态规划算法可分解成从先到后的4个步骤:

    1. 描述一个最优解的结构,寻找子问题,对问题进行划分。

    2. 定义状态。往往将和子问题相关的各个变量的一组取值定义为一个状态。某个状态的值就是这个子问题的解若有k个变量,一般用K维的数组存储各个状态下的解,并可根    据这个数组记录打印求解过程。)。

    3. 找出状态转移方程。一般是从一个状态到另一个状态时变量值改变。

    4.以“自底向上”的方式计算最优解的值。

    5. 从已计算的信息中构建出最优解的路径。(最优解是问题达到最优值的一组解)

    其中步骤1~4是动态规划求解问题的基础,如果题目只要求最优解的值,则步骤5可以省略。

    背包问题

    01背包: 有N件物品和一个重量为M的背包。(每种物品均只有一件)第i件物品的重量是w[i],价值是p[i]。求解将哪些物品装入背包可使价值总和最大。

    完全背包: 有N种物品和一个重量为M的背包,每种物品都有无限件可用。第i种物品的重量是w[i],价值是p[i]。求解将哪些物品装入背包可使这些物品的费用总和不超过背包重量,且价值总和最大。

    多重背包: 有N种物品和一个重量为M的背包。第i种物品最多有n[i]件可用,每件重量是w[i],价值是p[i]。求解将哪些物品装入背包可使这些物品的费用总和不超过背包重量,且价值总和最大。

    01背包问题:

    这是最基础的背包问题,特点是:每种物品仅有一件,可以选择放或不放。

    用子问题定义状态:即c[i][v]表示前i件物品恰放入一个重量为m的背包可以获得的最大价值。则其状态转移方程便是:

    c[i][m]=max{c[i-1][m],c[i-1][m-w[i]]+p[i]}

    这个方程非常重要,基本上所有跟背包相关的问题的方程都是由它衍生出来的。所以有必要将它详细解释一下:“将前i件物品放入重量为m的背包中”这个子问题,若只考虑第i件物品的策略(放或不放),那么就可以转化为一个只牵扯前i-1件物品的问题。如果不放第i件物品,那么问题就转化为“前i-1件物品放入容量为v的背包中”,价值为c[i-1][m];如果放第i件物品,那么问题就转化为“前i-1件物品放入剩下的重量为m-w[i]的背包中”,此时能获得的最大价值就是c[i-1][m-w[i]]再加上通过放入第i件物品获得的价值p[i]。

    测试数据:
    10,3
    3,4
    4,5
    5,6



    c[i][j]数组保存了1,2,3号物品依次选择后的最大价值.

    这个最大价值是怎么得来的呢?从背包容量为0开始,1号物品先试,0,1,2,的容量都不能放.所以置0,背包容量为3则里面放4.这样,这一排背包容量为4,5,6,....10的时候,最佳方案都是放4.假如1号物品放入背包.则再看2号物品.当背包容量为3的时候,最佳方案还是上一排的最价方案c为4.而背包容量为5的时候,则最佳方案为自己的重量5.背包容量为7的时候,很显然是5加上一个值了。加谁??很显然是7-4=3的时候.上一排 c3的最佳方案是4.所以。总的最佳方案是5+4为9.这样.一排一排推下去。最右下放的数据就是最大的价值了。(注意第3排的背包容量为7的时候,最佳方案不是本身的6.而是上一排的9.说明这时候3号物品没有被选.选的是1,2号物品.所以得9.)

    从以上最大价值的构造过程中可以看出。

    f(n,m)=max{f(n-1,m), f(n-1,m-w[n])+P(n,m)}这就是书本上写的动态规划方程.

    #include<stdio.h>
    int c[10][100];
    int knapsack(int m,int n)
    {
        int i,j,w[10],p[10];
        for(i=1;i<n+1;i++)
        scanf(" %d,%d",&w[i],&p[i]);
        for(i=0;i<10;i++)
        for(j=0;j<100;j++)
        c[i][j]=0;
        for(i=1;i<n+1;i++)
        for(j=1;j<m+1;j++)
        {
            if(w[i]<=j){
                 if(p[i]+c[i-1][j-w[i]]>c[i-1][j])
                     c[i][j]=p[i]+c[i-1][j-w[i]]
                 else
                     c[i][j]=c[i-1][j];
            }else 

                 c[i][j]=c[i-1][j];
         }
         return(c[n][m]);
    }
    int main()
    {
        int m,n;int i,j;

        printf("input the max capacity and the number of the goods: ");
        scanf("%d,%d",&m,&n);
        printf("Input each one(weight and value): ");
        printf("%d",knapsack(m,n));
        printf(" ");
        for(i=0;i<10;i++)
            for(j=0;j<15;j++)
            {
                 printf("%d ",c[i][j]);
                 if(j==14)printf(" ");
            }
        system("pause");
    }

    递归的一个比较直观的算法

    转自:http://hi.baidu.com/ok558/item/19779ab1922a8fd285dd793f

     

    递归思想:

     

    有N件物品和一个容量为V的背包。第i件物品的体积是c[i],价值是w[i]。求解将哪些物品装入背包可使价值总和最大。基本思路这是最基础的背包问题,特点是:每种物品仅有一件,可以选择放或不放。用子问题定义状态:即f[i][v]表示前i件物品恰放入一个容量为v的背包可以获得的最大价值。则其状态转移方程便是:

     

     

    解释一下,对于第i件物品来说,最后的结果无非分为 有 第i件商品 和  没有第i件商品两种情况,

     

    f[i-1][v]也就是有第i件商品的情况,下面的式子自然就是没有第i件物品取到了最大值。

     

    每一种情况也就是取两者的最大值,来得到最后的结果的,我们很自然就联想到了递归解法。

     

    不断的划分为子问题来进行求解。

     

     

     

    递归解法代码:

     

     

    #include<iostream>
    using namespace std;

    const int W = 150;
    const int number = 5;
    const int VALUE[] = {60201060100};
    const int WEIGHT[] = {2030506080};


    //function Make( i {处理到第i件物品} , j{剩余的空间为j}) :integer;
    int Make(int i, int j)
    {  
    int r1 = 0;
    int r2 = 0;
    int r = 0;
    if (i == -1)
    {
    return 0;
    }

    if(j >= WEIGHT[i])   //背包剩余空间可以放下物品 i  
    {
    r1 = Make(i-1,j - WEIGHT[i]) + VALUE[i]; //第i件物品放入所能得到的价值
    r2 = Make(i-1,j); //第i件物品不放所能得到的价值  
    r = (r1>r2)?r1:r2;
    }   

    return r;
    }


    void main()
    {
    int maxValue = Make(number-1, W);
    cout<<"maxValue: "<<maxValue<<endl;
    }

     

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