背包板子(留个纪念)

本文详细介绍了两种常见的背包问题:01背包和完全背包,并给出了具体的实现代码。01背包问题中每个物品只能使用一次,而完全背包问题中物品可以无限次使用。

01背包:每个物体只有一个

代码:

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



完全背包:物体个数不受限

代码:

    for(int i=0;i<N;++i)
       for(int j=c[i];j<=V;++j)
            f[j]=max(f[j],f[j-c[i]]+w[i]);


### 多背包问题的动态规划算法 多背包问题是经典单背包问题的一个扩展版本,在该问题中,存在多个背包而非单一背包。目标是在满足每个背包容量约束的前提下,最大化所有背包内的物品总价值。 #### 1. 问题描述 假设我们有 \( m \)背包,每个背包具有不同的容量 \( C_1, C_2, ..., C_m \),以及 \( n \) 种物品可供选择。每种物品有一个重量 \( w_i \) 和一个价值 \( v_i \)。我们需要决定如何分配这些物品到各个背包中,使得在不超过任何背包容量的情况下,所选物品的总价值达到最大。 此问题可以通过动态规划方法来解决,类似于单背包问题的处理方式,但需要额外考虑多个背包之间的相互关系。 --- #### 2. 动态规划状态定义 为了适应多背包的情况,可以引入三维数组 `dp[k][i][j]` 来表示前 \( k \)背包、前 \( i \) 件物品,并且第 \( k \)背包剩余容量为 \( j \) 的情况下能够取得的最大价值: \[ dp[k][i][j] = \text{max value using first } i \text{ items and the remaining capacity of bag } k \] 其中: - \( k \in [0, m] \): 表示当前正在填充的是第 \( k \)背包。 - \( i \in [0, n] \): 表示已经考虑到前 \( i \) 件物品。 - \( j \in [0, C_k] \): 表示第 \( k \)背包目前还剩下的容量。 初始条件设置如下: - 如果没有任何物品 (\( i = 0 \)) 或者背包容量为零 (\( j = 0 \)),则无法获取任何价值:\( dp[k][0][j] = dp[k][i][0] = 0 \). 转移方程基于两种决策情况构建: 1. **不选取当前物品**:此时保持上一阶段的状态不变, \[ dp[k][i][j] = dp[k][i-1][j]. \] 2. **选取当前物品**(如果它适合放进背包):更新后的状态应加上当前物品的价值减去占用的空间成本, \[ dp[k][i][j] = dp[k][i-1][j-w_{i}] + v_{i}, \quad \text{(if $w_i \leq j$)}. \] 最终结果可以从最后一个背包的最后一项计算得出,即寻找全局最优解时需遍历整个表找到最大的可能值。 --- #### 3. Python 实现代码 以下是使用动态规划解决多背包问题的具体实现代码: ```python def multi_knapsack(weights, values, capacities): """ 解决多背包问题 参数: weights (list[int]): 物品的重量列表 values (list[int]): 物品的价值列表 capacities (list[int]): 各个背包的容量列表 返回: int: 所有背包可容纳的最大总价值 """ num_items = len(values) num_bags = len(capacities) # 初始化 DP 数组 dp = [[[0 for _ in range(max(capacities)+1)] for __ in range(num_items+1)] for ___ in range(num_bags)] # 填充 DP 表格 for k in range(num_bags): # 遍历每一个背包 current_capacity = capacities[k] for i in range(1, num_items+1): # 遍历每一个物品 weight = weights[i-1] value = values[i-1] for j in range(current_capacity+1): # 遍历背包容量 if weight > j: dp[k][i][j] = dp[k][i-1][j] else: dp[k][i][j] = max(dp[k][i-1][j], dp[k][i-1][j-weight] + value) # 计算总的最优解 total_value = sum([dp[b][-1][capacities[b]] for b in range(num_bags)]) return total_value # 测试数据 weights = [2, 3, 4, 5] values = [3, 4, 5, 6] capacities = [5, 7] result = multi_knapsack(weights, values, capacities) print(f"Maximum Total Value: {result}") ``` 上述程序通过三层嵌套循环逐步填满动态规划表格,并返回最终的结果作为解答[^5]。 --- #### 4. 时间复杂度分析 对于 \( m \)背包、\( n \) 件物品和平均背包容量 \( W \),时间复杂度主要由三重循环构成: \[ O(m \cdot n \cdot W). \] 空间复杂度同样取决于存储完整的三维 DP 表所需内存大小,因此也为 \( O(m \cdot n \cdot W) \)[^6]. ---
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