贪心算法(背包问题)

本文介绍了贪心算法的基本思想,强调了其只关注当前最优选择的特点,并阐述了贪心算法的两个关键性质——最优子结构和贪心选择性。接着,文章通过背包问题举例说明贪心算法的应用,探讨了与0-1背包问题的区别,即物品可以部分装入背包。文章还提及了一个基于单位物品价值优先原则的代码实现。

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贪心算法的思想:


不从整体最优考虑,总是做出当前看来最好的选择。

仅根据当前已有的信息做出选择,而且一旦做出了选择,不管将来有什么结果,这个选择都不会改变。


贪心算法的性质:


1)最优子结构:当一个问题的最优解包含其子问题的最优解时,称此问题具有最优子结构性质。问题的最优子结构性质是该问题可用动态规划算法或贪心算法求解的关键特征。

### 贪心算法背包问题中的应用 #### 什么是背包问题背包问题是经典的组合优化问题之一,通常分为0/1背包问题和分数背包问题。对于分数背包问题,可以使用贪心算法求解。该问题的目标是在不超过背包容量的前提下,最大化所选物品的价值总和。 #### 使用贪心算法解决分数背包问题的核心思路 贪心算法通过每次选择单位重量价值最大的物品来填充背包,直到无法再放入更多物品为止。这种方法能够保证获得全局最优解的原因在于允许分割物品[^5]。 #### 实现步骤说明 以下是利用贪心算法解决分数背包问题的具体方法: 1. **定义物品属性**:每件物品具有两个主要属性——重量 `weight` 和价值 `value`。 2. **计算单位价值**:对于每个物品,计算其单位价值(即 `value / weight`)。 3. **按单位价值排序**:按照单位价值降序排列所有物品。 4. **逐步装入背包**:依次选取单位价值最高的物品并尽可能多地将其加入背包,直至达到背包的最大承重能力。 #### C++代码实现 下面是一个简单的C++程序演示如何用贪心算法解决分数背包问题: ```cpp #include <iostream> #include <vector> #include <algorithm> using namespace std; // 定义物品结构体 struct Item { int value; // 物品价值 int weight; // 物品重量 }; bool compare(Item a, Item b) { double r1 = (double)a.value / a.weight; double r2 = (double)b.value / b.weight; return r1 > r2; // 按照单位价值降序排列 } double fractionalKnapsack(int W, vector<Item> items) { sort(items.begin(), items.end(), compare); // 对物品进行排序 double totalValue = 0.0; // 总价值初始化为0 for(auto item : items){ if(W >= item.weight){ // 如果还能放下整个物品 totalValue += item.value; // 加上整件物品的价值 W -= item.weight; // 更新剩余空间 } else{ // 否则取部分物品 totalValue += ((double)item.value / item.weight) * W; // 取走W的部分 break; // 已经填满背包 } } return totalValue; } int main(){ int n, W; cout << "输入物品数量n和背包容量W:" << endl; cin >> n >> W; vector<Item> items(n); cout << "请输入各物品的价值和重量:" << endl; for(int i=0;i<n;i++) cin>>items[i].value>>items[i].weight; double maxValue = fractionalKnapsack(W, items); cout << "最大可获取价值为:" << maxValue << endl; } ``` 此代码实现了上述逻辑,并展示了如何动态调整以适应不同大小的背包以及各种类型的物品配置[^3]。 #### 局限性和注意事项 尽管贪心算法适用于分数背包问题,但对于0/1背包问题却不一定能得到最佳解决方案。这是因为0/1背包不允许拆分物品,因此可能错过更优的选择路径[^4]。
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