多重背包问题 II(二进制优化)

这是一个关于使用二进制优化技术解决多重背包问题的程序实现。给定物品的体积、价值和数量,程序通过动态规划找到物品体积不超过背包容量且价值最大的组合。输入包括物品种数和背包容积,输出为最大价值。示例输入和输出展示了具体的应用。

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。

提示:

本题考查多重背包的二进制优化方法。

输入样例

4 5
1 2 3
2 4 1
3 4 3
4 5 2

输出样例:

10
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N = 1e6 + 1;
int dp[N];
int n,m;
struct node{
	int v;
	int w;
}; 

vector<node> a;

int main()
{
	cin >> n >> m;
	for(int i = 1;i <= n;i ++){
		int v,w,s;
		cin >> v >> w >> s;
		for(int k = 1;k <= s;k *= 2){
			s -= k;
			a.push_back({k*v,k*w});
		}
		if(s > 0)
			a.push_back({s*v,s*w});
	}
	for(int i = 0;i < a.size();i ++)
		for(int j = m;j >= a[i].v;j--)
			dp[j] = max(dp[j],dp[j - a[i].v] + a[i].w);
	cout << dp[m] << endl; 
	return 0;
}

### 多重背包问题中的二进制优化 对于多重背包问题,当每种物品的数量较大时,直接枚举所有可能的选择会导致极高的时间复杂度。为了降低这种复杂度并提高效率,引入了二进制优化方法。 #### 朴素方法的时间复杂度过高 在处理大量相同数量的物品时,比如每种物品有2000个,总数达到1000种不同类型的物品,每个物品体积为2000单位的情况下,使用简单的枚举方式会使数据量变得异常庞大,使得常规算法难以承受其计算负担[^1]。 #### 二进制分解策略 通过将每个物品按照二进制位拆分来表示不同的组合数,可以有效减少需要考虑的状态数目。具体来说,假设某类物品最多可选`S`件,则可以通过一系列形如\( \{2^0, 2^1,...,2^{k-1}, S - (2^k - 1)\} \) 的子集覆盖所有的选取可能性,其中 \( k=\lfloor\log_2(S)\rfloor\) 。这种方法不仅简化了状态转移方程的设计,还大大降低了整体运算次数[^3]。 #### C++实现示例 以下是基于上述理论改进后的C++代码片段: ```cpp #include <iostream> using namespace std; const int N = 1e5 + 7; int dp[N]; struct Item { int v, w, s; }; void binary_optimization(Item items[], int n, int m) { vector<Item> new_items; for (int i = 0; i < n; ++i) { int num = items[i].s; for (int cnt = 1; ; cnt <<= 1) { if (cnt > num) break; new_items.push_back({items[i].v * cnt, items[i].w * cnt}); num -= cnt; } if (num > 0) new_items.push_back({items[i].v * num, items[i].w * num}); } memset(dp, 0, sizeof(dp)); for (auto& item : new_items) for (int j = m; j >= item.v; --j) dp[j] = max(dp[j], dp[j - item.v] + item.w); } int main() { int n, m; cin >> n >> m; Item items[n]; for (int i = 0; i < n; ++i) cin >> items[i].v >> items[i].w >> items[i].s; binary_optimization(items, n, m); cout << dp[m] << endl; } ``` 此版本利用了动态规划的思想,在遍历过程中不断更新最优解,从而实现了更高效的求解过程[^4]。
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