背包问题(Knapsack problem)

本文探讨了经典的背包问题,通过动态规划方法求解在给定容量限制下,如何选择物品以达到最大价值。提供了两种算法实现,一种是递归方式,另一种是使用二维动态规划表优化空间复杂度。

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package class_08;
/**
 * 
 * 背包问题(Knapsack problem)
 *
 * 给定两个数组w和v,两个数组长度相等,w[i]表示第i件商品的
 * 重量,v[i]表示第i件商品的价值。 再给定一个整数bag,要求
 * 你挑选商品的重量加起来一定不能超 过bag,返回满足这个条件
 * 下,你能获得的最大价值。

 */
public class Code_09_Knapsack {

	public static int maxValue1(int[] c, int[] p, int bag) {
		return process1(c, p, 0, 0, bag);
	}

	public static int process1(int[] weights, int[] values, int i, int alreadyweight, int bag) {
		if (alreadyweight > bag) {
			return 0;
		}
		if (i == weights.length) {
			return 0;
		}
		return Math.max(
				
				process1(weights, values, i + 1, alreadyweight, bag),
				
				values[i] + process1(weights, values, i + 1, alreadyweight + weights[i], bag));
	}

	public static int maxValue2(int[] c, int[] p, int bag) {
		int[][] dp = new int[c.length + 1][bag + 1];
		for (int i = c.length - 1; i >= 0; i--) {
			for (int j = bag; j >= 0; j--) {
				dp[i][j] = dp[i + 1][j];
				if (j + c[i] <= bag) {
					dp[i][j] = Math.max(dp[i][j], p[i] + dp[i + 1][j + c[i]]);
				}
			}
		}
		return dp[0][0];
	}

	public static void main(String[] args) {
		int[] c = { 3, 2, 4, 7 };
		int[] p = { 5, 6, 3, 19 };
		int bag = 11;
		System.out.println(maxValue1(c, p, bag));
		System.out.println(maxValue2(c, p, bag));
	}

}
### 使用Python实现0-1背包问题 对于给定的一系列物品以及一个容量有限的背包,目标是在不超过背包容量的前提下最大化所选物品的总价值。这个问题可以通过动态规划来高效解决。 #### 动态规划的核心概念在于: - **状态定义**:创建二维数组`dp[i][j]`表示前`i`个物品中选取若干个,在总体积恰好等于`j`的情况下可以获得的最大价值。 - **转移方程**:如果当前考虑的是第`i`个物品,则有两种情况: - 不选择该物品:`dp[i][j]=dp[i−1][j]` - 选择该物品(前提是还能放下): `dp[i][j]=max(dp[i−1][j], dp[i−1][w−weights[i]]+values[i])`,其中`w`代表背包剩余空间[^3] 下面是具体的Python代码实现: ```python def knapsack_01(weights, values, capacity): n = len(values) # 创建并初始化dp表 dp = [[0]*(capacity + 1) for _ in range(n + 1)] # 构建dp表格 for i in range(1, n + 1): for w in range(capacity + 1): if weights[i-1] <= w: dp[i][w] = max(dp[i-1][w], dp[i-1][w-weights[i-1]] + values[i-1]) else: dp[i][w] = dp[i-1][w] return dp[-1][-1] if __name__ == "__main__": # 测试数据 weights = [1, 3, 4] values = [15, 20, 30] capacity = 4 result = knapsack_01(weights, values, capacity) print(f"最大可获得的价值为:{result}") ``` 这段程序实现了基于动态规划方法求解0-1背包问题的功能,并给出了测试实例的结果展示。通过调整输入参数中的权重列表、价值列表和背包容量,可以方便地应用于其他场景下的优化决策过程[^4].
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