DP:背包问题 Knapsack Problem

本文介绍了背包问题,特别是01背包和完全背包问题,作为动态规划初学者的良好实例。动态规划通过最优子结构和重叠子问题解决最优化问题。01背包问题中,优化策略可将空间优化至O(M),完全背包则需正向遍历以获取当前层最优解。

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    背包问题非常适合动态规划的初学者。

    Knapsack problem is very suitable for dynamic programming(DP) beginners.

    首先我们适当讨论下动态规划。采用动态规划方法解决最优化问题的两个基本要素,是最优子结构和重叠子问题。

    First of all, let's talk something about DP. The optimal substructure and overlapping sub-problems are the two basic elements to solve the optimization problem by DP method.

    如果一个问题最优解包含了子问题的最优解,称其具有最优子结构。DP以自底向上的方法利用最优子结构,即先找子问题最优解,再找当前问题最优解。问题解代价为子问题代价与转移代价。DP与贪心的区别在于,DP根据子问题最优解进行转移,而贪心直接转移,属于自顶向下的方式。另外,子问题间要相互独立,即所谓的“无后效性”,否则无法计算子问题,也谈不上求解当前问题。

    If a question's optimal solution needs its sub-optimal solutions, we call it has an optimal substructure. DP utilizes it by bottom-up method, which means finding sub-problems' optimal solutions firstly, then itself.  The cost is the sum of sub-problems' cost and transferring. The difference between DP and greedy is, the former one transfers on the

### 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dpdp = [[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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