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  • 动态规划(冬令营课堂笔记)

     

    简单问题

      01背包

      012背包

      部分背包

      机器分配

      烽火传递

      花店橱窗问题

    简单问题

    01背包

    一个容量为m的背包,有n个物品,第i个物品的体积为wi,价值为ci。选择若干物品,使得体积总和不超过m的情况下价值总和最大。

    n<=100,m<=10000。

    搜索  复杂度为2^n

    void dfs(int x,int y,int z)//当前物品编号,当前容量,当前价值
    {
        if(x==n+1)
        {
            if(y<m)ans=max(ans,z);
            return;
        }
        dfs(x+1,y+w[x],z+c[i]);
        dfs(x+1,y,z);
    }

    如果前两维相同,只需选择第三维的最大值

    小小的变形

    const int INF=0x7f;
    int dfs(int x,int y)
    {
        int ans;
        if(x==n+1)
        {
            if(y>m)return -INF;
            return 0;
        }
        ans=max(dfs(x+1,y+w[x])+c[x],dfs(x+1,y));
        return ans;
    }
    dfs(1,0);

    加一个数组记录

    const int INF=0x7f;
    int dfs(int x,int y)
    {
        if(x==n+1)
        {
            if(y>m)return -INF;
            return 0;
        }
        dp[x][y]=max(dfs(x+1,y+w[x])+c[x],dfs(x+1,y));
        return dp[x][y];
    }
    dfs(1,0);

    应用记录状态  记忆化搜索 n*m

    const int INF=0x7f;
    int dfs(int x,int y)
    {
        if(y>m)return -INF;
        if(x==n+1)
        {
            return 0;
        }
        if(dp[x+1][y+w[x]])             //选该物品 
        dp[x][y]=max(dp[x+1][y+w[x]]+c[x],dp[x][y]);
        else
        dp[x][y]=max(dfs(x+1,y+w[x])+c[x],dp[x][y]); 
        
        if(dp[x+1][y])             //不选该物品 
        dp[x][y]=max(dp[x+1][y]+c[x],dp[x][y]);
        else
        dp[x][y]=max(dfs(x+1,y))+c[x],dp[x][y]);     
        return dp[x][y];
    }
    dfs(1,0);

    递归变递推

    先写出搜索

    最大/最小值 存放到数组中

    后面递归该状态时 直接使用数组中的值来代替

    O(dfs里的状态个数*转移的时间复杂度)

     

    找边界

    找递推方法(顺序还是逆序)

    转移(推转移方程)

    搜索->记忆化搜索->递归变递推

    for(int i=n;i>=1;i--)
         for(int j=0;j<=m;j++)
             dp[i][j]=max(dp[i+1][j],dp[i+1][j+w[i]]+c[i]);
    ans=dp[1][0]

    012背包

    一个容量为m的背包,有n个物品,第i个物品的体积为wi,价值为ci,有2个。

    选择若干物品,使得体积总和不超过m的情况下价值总和最大。

    记忆化搜索

    const int INF=0x7f;
    int dfs(int x,int y,int z)
    {
        if(x==n+1){if(y<m)ans=max(ans,z);return -INF;}
        
        if(dp[x+1][y])                    //一个都不选 
        dp[x][y]=max(dp[x][y],dp[x+1][y]);
        else
        dp[x][y]=max(dp[x][y],dfs(x+1,y));
        
        if(dp[x+1][y+w[x]])                //选一个 
        dp[x][y]=max(dp[x][y],dp[x+1][y+w[x]])+c[x]);
        else
        dp[x][y]=max(dp[x][y],dfs(x+1,y+w[x])+c[x]);
        
        if(dp[x+1][y+w[x]])                //选两个 
        dp[x][y]=max(dp[x][y],dp[x+1][y+2*w[x]])+2*c[x]);
        else
        dp[x][y]=max(dp[x][y],dfs(x+1,y+2*w[x])+2*c[x]);
        
        return dp[x][y];
    }
    dfs(1,0); 

    部分背包

    一个容量为m的背包,有n个物品,第i个物品的体积为wi,价值为ci,有ki个。

    选择若干物品,使得体积总和不超过m的情况下价值总和最大。

    记忆化搜索

    int dfs(int x,int y)
    {
        if (y>m) return -INF;
        if (x==n+1) return 0;
        for (int i=0; i<=k[x]; i++)
        {
            if (dp[x+1][y+i*w[x]])
                dp[x][y]=max(dp[x][y],dp[x+1][y+i*w[x]]+c[x]);
            else
                  dp[x][y]=max(dp[x][y],dfs(x+1,y+i*w[x])+i*c[x]);
        }
        return dp[x][y];
    }
    dfs(1,0);

    递推

    for (i=n; i>=1; i--)
        for (j=0; j<=m; j++)
        for (l=0; l<=k[i]; l++)
        dp[i][j]=max(dp[i][j],dp[i+1][j+l*w[i]]+l*c[i]);
    dp[1][0]

    机器分配

    有n家店,每家店都有m台机器,第i家店购买j台机器花费a[i][j]元(可能存在a[i][j]>a[i][j+1]),要购买总共m台机器,求最小花费。

    搜索

    //机器分配 
    dfs(int x,int y,int z)
    {
        if(y>m)return;
        if(x==n+1)
        {
            if(y==n+1)ans=min(ans,z);
            return;
        }
        for(int i=0;i<=m;i++)
            dfs(x+1;y+i,z+a[x][i]);
    }
    dfs(1,0,0);

    小小的变形

    //机器分配 
    int dfs(int x,int y)
    {
        if(y>m)return -INF;
        if(x==n+1)
        {
            if(y==m)return 0;//再也不需要买机器 
            return -INF;
        }
        for(int i=0;i<=m;i++)
        dp[x][y]=min(dp[x][y],dfs(x+1,y+i)+a[x][i]);
        return dp[x][y];
    }
    dfs(1,0);

    记忆化搜索

    //机器分配 
    int dfs(int x,int y)
    {
        if(y>m)return -INF;
        if(x==n+1)
        {
            if(y==m)return 0;//再也不需要买机器 
            return -INF;
        }
        for(int i=0;i<=m;i++)
        if(dp[x+1][y+i])
        dp[x][y]=min(dp[x][y],dp[x+1][y+i]+a[x][i]);
        else
        dp[x][y]=min(dp[x][y],dfs(x+1,y+i)+a[x][i]);
        return dp[x][y];
    }
    dfs(1,0);

    递推

    for(int i=n;i>=1;i--)
        for(int j=0;j<=m;j++)
        {
            dp[i][j]=INF;
            for(k=0;k<=m-j;k++)
            dp[i][j]=min(dp[i][j],dp[i+1][j+k]+a[i][k]);
        }
    ans=dp[1][0]

    烽火传递

    给定n个非负整数,选择其中若干数字,使得每连续k个数中至少有一个数被选出。

    要求选择的数字之和尽可能小。

    搜索

    void dfs(int x,int y)
    {
        if(x==n+1){ans=min(ans,y);return;}
        for(int i=x+1;i<=min(n+1,x+k);i++)
            dfs(i,y+a[i]);//i是下一个 
    }
    dfs(0,0);

    记忆化

    int dfs(int x)
    {
        if(x==n+1)return 0;
        dp[x]=INF;
        for(int i=x+1;i<=min(n+1,x+k);i++)
        if(dp[i])dp[x]=min(dp[x],dp[i]+a[i]);
        else
        dp[x]=min(dp[x],dfs(i)+a[i]);
        return dp[x];
    }
    dfs(0);

    递推

    /*dp[n+1]=0;
    dp[1]  dp[2] dp[3] .. dp[1+k]*/
    
    for (i=n; i>=0; i--)
    {
        dp[i]=INF;
        for (int j=i+1; j<=min(n+1,i+k); j++)
            dp[i]=min(dp[i],dp[j]+a[j]);
    }
    dp[0]

    花店橱窗问题

    给定一个n*m的矩阵A(n<=m),求一个序列a1,a2,…,an满足1<=a1<a2<…<an<=m。使得A[1][a1]+A[2][a2]+…+A[n][an]最大。A可能有负数。

    搜索

    void dfs(int x,int y,int z)
    {
        if(x==n+1)
        {
            if(y==m+1)ans=max(ans,z);
            return;
        }
        for(int i=y+1;i<=m;i++)
        dfs(x+1,i,z+a[x+1][i]);
    }
    dfs(0,0,0);

    记忆化搜索

    int dfs(int x,int y)
    {
        if(x==n+1)
        {
            if(y==m+1)return 0;
            else return -INF;
        }
        for(int i=y+1;i<=m;i++)
        {
            if(dp[x+1][i])
            dp[x][y]=max(dp[x][y],dp[x+1][i]+a[x+1][i]);
            else
            dp[x][y]=max(dp[x][y],dfs(x+1,i)+a[x+1][i]);
            return dp[x][y];
        }
    }
    dfs(0,0);

    递推

    /*dp[n+1][m+1]=0; dp[n+1][0~m]=-INF;
    dp[1][]  dp[2][] dp[3][]*/
    for (i=n; i>=0;i--)
        for (j=0; j<=m+1; j++)
        for (k=j+1; k<=m+1; k++)
        dp[i][j]=max(dp[i][j],dp[i+1][k]+a[i+1][k]);
    cout<<dp[0][0];

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