【算法】-动态规划之01背包和完全背包

目录

01背包

背包问题介绍

二维数组01背包

(1)确定递推公式

(2)dp数组初始化

(3)确定遍历顺序

(4)推导得到dp数组

小结

一维数组01背包(滚动数组)

(1)确定递推公式

(2)dp数组初始化

(3)确定遍历顺序

(4)推导得到dp数组

完全背包


01背包

背包问题介绍

        有N件物品和一个最多能被重量为W的背包。第i件物品的重量是weight[i],得到的价值是value[i] 。每件物品只能用一次,求解将哪些物品装入背包里物品价值总和最大。

        这是标准的背包问题,一开始我们可以尝试暴力的解法,每一件物品其实只有两个状态,取或者不取,所以可以使用回溯法搜索出所有的情况,那么时间复杂度就是O(2^n),这里的n表示物品数量。

        所以暴力的解法是指数级别的时间复杂度。进而才需要动态规划的解法来进行优化!在下面的讲解中,我举一个例子:

背包最大重量为4。

物品为:

                重量    价值
物品0         1         15
物品1         3         20
物品2         4         30
问背包能背的物品最大价值是多少?

        以下讲解和图示中出现的数字都是以这个例子为例。


二维数组01背包

(1)确定递推公式

        先来明确一下dp[i][j]的含义:从下标为[0-i]的物品里任意取,放进容量为j的背包,价值总和最大是多少。

        那么可以有两个方向推出来dp[i][j]:

  • 由dp[i - 1][j]推出,即背包容量为j,里面不放物品i的最大价值,此时dp[i][j]就是dp[i - 1][j]。
  • 由dp[i - 1][j - weight[i]]推出,dp[i - 1][j - weight[i]] 为背包容量为j - weight[i]的时候不放物品i的最大价值,那么dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i] (物品i的价值),就是背包放物品i得到的最大价值

        所以递归公式: dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i]);


(2)dp数组初始化

        首先从dp[i][j]的定义出发,如果背包容量j为0的话,即dp[i][0],无论是选取哪些物品,背包价值总和一定为0。如图:

        状态转移方程 dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i]); 可以看出i 是由 i-1 推导出来,那么i为0的时候就一定要初始化。dp[0][j],即:i为0,存放编号0的物品的时候,各个容量的背包所能存放的最大价值。

        代码如下:

// 倒叙遍历
for j := bagWeight; j >= weight[0]; j-- {
    dp[0][j] = dp[0][j-weight[0]] + value[0] // 初始化 i 为 0 时候的情况
}

        那么这个初始化为什么是倒叙的遍历的?正序遍历就不行么?

        答案是不行,dp[0][j]表示容量为j的背包存放物品0时候的最大价值,物品0的价值就是15,因为题目中说了 每个物品只有一个!所以dp[0][j]如果不是初始值的话,就应该都是物品0的价值,也就是15。但如果一旦正序遍历了,那么物品0就会被重复加入多次! 例如代码如下:

for j := weight[0]; j <= begweight; j++ {
    dp[0][j] = dp[0][j-weight[0]] +value[0]
}

        例如dp[0][1] 是15,到了dp[0][2] = dp[0][2 - 1] + 15; 也就是dp[0][2] = 30 了,那么就是物品0被重复放入了。

        所以一定要倒叙遍历

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