zoukankan      html  css  js  c++  java
  • 动态规划——背包问题汇总

    一.0/1背包

      题目链接:

      因为二维数组的动规维护极其简单,这里就不再详述了。

      二维数组降低空间开销的方法是使用滚动数组,可以将空间复杂度从O(nm)降低为O(m),此处也不赘述。

      直接讲讲一维数组维护的思路:

      先看二维数组动规的状态转移方程:

      F[i,j]=max{F[i-1,j],F[i-1,j-Vi]+Wi(if j>=Vi)}

      边界:F[0,0]=0;目标:F[n][m]

      我们发现,对于每一层i,数组的维护过程中仅是j的值在改变,故可以直接将数组的第一维省略。

      那么状态转移方程就变成:F[j]=max{F[j-Vi]+Wi(if j>=Vi)}

      但这里有一个注意点,就是循环的顺序问题。第一层i的1~n循环自然没问题,主要是第二层的j,必须是采用倒序循环m~V[i]。

      原因是F[j]的值是与F[j-Vi]有关的,若采用正序循环,那么在更新到这一层的F[j]时,所关心的F[j-Vi]已经是这一层的了,而不是上面二维中所需的第i-1层(也就是上一层)了。

      代码实现如下:时间复杂度O(nm)

      事先说明一下:本文所有代码中的读取均使用快读,下面先贴一下快读代码:

    inline int read()
    {
        int x=0,f=1;char ch=getchar();
        while(ch<'0'||ch>'9'){if(ch=='-')f=-1;ch=getchar();}
        while(ch<='9'&&ch>='0')x=(x<<1)+(x<<3)+(ch^48),ch=getchar();
        return x*f;
    }
    
    int zero_one_knapsack()  // 0/1背包
    {
        int const N = 1000+10;
        int v[N],w[N],f[N];
        memset(f,0,sizeof(f));
        
        int n=read(),m=read();
        for(int i=1;i<=n;i++)v[i]=read(),w[i]=read();
        
        for(int i=1;i<=n;i++)
            for(int j=m;j>=v[i];j--)
                f[j]=max(f[j],f[j-v[i]]+w[i]);
            
        return f[m];
    }

    二.完全背包

      题目链接:

      类似于0/1背包,当采用正序循环时,每种物品就可以使用无限次了。

      话不多说,直接上代码:

    int full_knapsack()  // 完全背包
    {
        int const N = 1000+10;
        int v[N],w[N],f[N];
        memset(f,0,sizeof(f));
        
        int n=read(),m=read();
        for(int i=1;i<=n;i++)v[i]=read(),w[i]=read();
        
        for(int i=1;i<=n;i++)
            for(int j=v[i];j<=m;j++)
                f[j]=max(f[j],f[j-v[i]]+w[i]);
            
        return f[m];
    }

    三.多重背包

      题目链接:

      最直接的方法是把第i种物品看成独立的Si个物品,转化为共有ΣCi(i=1~n)个物品的0/1背包问题进行计算,时间复杂度O(M*ΣCi)。

      这种方法把每种物品拆成了Si个,效率较低。

      代码如下:

    int multiple_knapsack_i()  // 多重背包I
    {
        int const N = 1000+10;
        int v[N],w[N],s[N],f[N];
        memset(f,0,sizeof(f));
        
        int n=read(),m=read();
        for(int i=1;i<=n;i++)v[i]=read(),w[i]=read(),s[i]=read();
        
        for(int i=1;i<=n;i++)
            for(int j=1;j<=s[i];j++)
                for(int k=m;k>=v[i];k--)
                    f[k]=max(f[k],f[k-v[i]]+w[i]);
                
        return f[m];
    }

      下面介绍二进制优化算法:

      众所周知,任何整数都可以表示为若干个2的整数次幂相加。所以我们可以将每种物品的Si个打包成若干组,每一组的数量取值为:1,2,4,8,…,2k-1,sum;sum的作用是使得这组数的和的最大值恰好为Si。

      那么就可以把每种物品分成log2Si个,效率较高。

      代码如下:

    int multiple_knapsack_ii()  // 多重背包II  二进制优化
    {
        int const N = 1010*11, M = 2010;
        int v[N],w[N],f[M];
        memset(f,0,sizeof(f));
        
        int n=read(),m=read();
        int cnt=0;
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            int a=read(),b=read(),s=read(),k=1;
            while(k<=s)
            {
                v[++cnt]=a*k;
                w[cnt]=b*k;
                s-=k;k<<=1;
            }
            if(s)
            {
                v[++cnt]=a*s;
                w[cnt]=b*s;
            }
        }
        for(int i=1;i<=cnt;i++)
            for(int j=m;j>=v[i];j--)
                f[j]=max(f[j],f[j-v[i]]+w[i]);
            
        return f[m];
    }

    四.分组背包

      题目链接:  

      有了上面几个背包模型,分组背包也是极其简单,但有几个注意点。

      首先是倒序循环,其次,对于每一组内Si个物品的枚举,k应放在j的内层,这是因为每一组内至多选择一个物品,若把k至于j的外层,就会在F数组的转移上产生累积,最终会选择超过1个物品。

      从动规的角度看,i是“阶段”,i与j共同构成“状态”,而k是“决策”,在第i组内选择哪个物品,这三者的顺序绝对不能混淆。

      代码如下:

    int grouping_knapsack()
    {
        int const N = 1000+10;
        int v[N][N],w[N][N],s[N],f[N];
        memset(f,0,sizeof(f));
        
        int n=read(),m=read();
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            s[i]=read();
            for(int j=1;j<=s[i];j++)
                v[i][j]=read(),w[i][j]=read();
        }
        for(int i=1;i<=n;i++)
            for(int j=m;j>=0;j--)
                for(int k=1;k<=s[i];k++)
                    if(j>=v[i][k])f[j]=max(f[j],f[j-v[i][k]]+w[i][k]);
                
        return f[m];
    }

      最后说一句,动规思想解决背包问题最需要注意的就是循环的嵌套,必须要以物品->体积->决策的顺序。

    作者:玖梦
    本文版权归作者和博客园共有,欢迎转载,但未经作者同意必须在文章页面给出原文链接,否则保留追究法律责任的权利。
  • 相关阅读:
    js幻灯片效果!
    构造函数和析构函数的简单说明
    ASP.NET接口的基础使用例子
    带预览图的js切换效果!
    在win7系统中安装sqlserver2005出现 [Microsoft][SQL Native Client]客户端不支持加密问题!
    Win7开启无线共享上网的方法
    C# 结构体 简明介绍
    C#访问修饰符简单说明
    C#不定长参数的使用
    研究了一下Google Ajax Search API, 给博客做了个样品
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/ninedream/p/11191648.html
Copyright © 2011-2022 走看看