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背包9讲,总结

来源:程序员人生   发布时间:2016-10-06 09:23:35 阅读次数:2346次

01背包

#include <bits/stdc++.h> using namespace std; #define N 107 int dp[N]; int v[N]; // 体积 int w[N]; // 价值 int n, tar; void ZeroOnePack(int V, int W) { for (int v=tar; v>=V; v--) dp[v] = max(dp[v-V] + W, dp[v]); } int main() { freopen("in.txt", "r", stdin); cin >> n >> tar; for (int i=1; i<=n; i++) cin >> w[i] >> v[i]; for (int i=1; i<=n; i++) { ZeroOnePack(v[i], w[i]); } cout << dp[tar] << endl; }

恰好装满背包,那末就是除dp[0]是0以外,其他的都是-INF
如果是不能装满背包,那末dp所有的值,都是0

下面相同

完全背包

void CompletePack(int V, int W) { for (int v=V; v<=tar; v++) { dp[v] = max(dp[v-V]+W, dp[v]); } }

多重背包

  • 解法1: 转化为多重背包

这是1个多重背包的模板,也是10分好用的1种模板,由于这个比直接撤除01 背包来做要省些时间。这是为啥呢,首先先由我讲1下为何能换成01 背包吧。

举个栗子吧。 假设给了我们 价值为 2,但是数量却是10 的物品,我们应当把10给拆开,要知道2进制可是能够表示任何数的,所以10 就是可以有1,2, 4,8以内的数把它组成,1开始我们选上 1了,然后让10⑴=9,再选上2,9⑵=7,在选上 4,7⑷=3,

而这时候的3<8了,所以我们就是可以得出 10由 1,2,4,3,来组成,就是这个数量为1,2,3,4的物品了,那末他们的价值是甚么呢,是2,4,6,8,也就说给我们的价值为2,数量是10的这批货物,已转化成了价值分别是2,4,6,8元的货物了,每种只有1件哎!!!!这就是2进制优化的思想。

那为何会有完全背包和01 背包的不同使用加判断呢?缘由也很简单啊,当数据很大,大于背包的容纳量时,我们就是在这个物品中取上几件就是了,获得量时不知道的,也就理解为无穷的啦,这就是完全背包啦,反而小于容纳量的就是转化为01背包来处理就是了,可以大量的省时间。

#include<string.h> #include<stdlib.h> #define N 1000 //物品个数 #define M 100000000 //所有物品可能的最大价值 int m[N],c[N],w[N],f[M]; int V; int max(int a,int b){return a>b?a:b;} void ZeroOnePack(int cost,int weight) { int v; for(v=V;v>=cost;v--) f[v]=max(f[v],f[v-cost]+weight); } void CompletePack(int cost,int weight) { int v; for(v=cost;v<=V;v++) f[v]=max(f[v],f[v-cost]+weight); } void MultiplePack(int cost,int weight,int amount) { int k; if(cost*amount>=V) // 实际上这里转化成了1个无穷数量的完全背包。 { CompletePack(cost,weight); return; } k=1; while(k<amount) { ZeroOnePack(k*cost,k*weight); amount=amount-k; k=k*2; } ZeroOnePack(amount*cost,amount*weight); } int main() { int n,i; scanf("%d %d",&n,&V); // 两种不同的初始化方式,根据情况自行选择 //memset(f,0,sizeof(f[0])*(V+1)); // 只希望价格尽可能大 //memset(f,-M,sizeof(f[0])*(V+1));f[0]=0; // 要求恰好装满背包 for(i=0;i<n;i++) scanf("%d %d %d",m+i,c+i,w+i); for(i=0;i<n;i++) MultiplePack(c[i],w[i],m[i]); printf("%d\n",f[V]); system("PAUSE"); return 0; }
  • 解法2:单调队列优化

本质是保护1个滑动的窗口,窗口的大小不能超过 m[i]的大小
因而根据w[i]的大小,将原来的j划分成了w[i]个等价类,每一个等价类,可以进行单调队列的保护。
将每一个等价类保护1遍以后,就是完成了i个物品的工作
实际上我们可以模仿,01背包问题,进行数组的重复利用

先看1个例子:取m[i] = 2, v[i] = v, w[i] = w, V > 9 * v, 并假定 f(j) = F[i - 1][j],视察公式右侧要求最大值的几项: j = 6*v: f(6*v)、f(5*v)+w、f(4*v)+2*w 这3个中的最大值 j = 5*v: f(5*v)、f(4*v)+w、f(3*v)+2*w 这3个中的最大值 j = 4*v: f(4*v)、f(3*v)+w、f(2*v)+2*w 这3个中的最大值 明显,公式㈠右侧求最大值的几项随j值改变而改变,但如果将j = 6*v时,每项减去6*w,j=5*v时,每项减去5*w,j=4*v时,每项减去4*w,就得到: j = 6*v: f(6*v)-6*w、f(5*v)-5*w、f(4*v)-4*w 这3个中的最大值 j = 5*v: f(5*v)-5*w、f(4*v)-4*w、f(3*v)-3*w 这3个中的最大值 j = 4*v: f(4*v)-4*w、f(3*v)-3*w、f(2*v)-2*w 这3个中的最大值

因此队列中我们是保护1个单调的函数,但是真正使用的时候,我们对这个函数进行适当的处理便可。

#include <iostream> using namespace std; #define N 107 int n, tar; int v[N], w[N], m[N]; int dp[N]; // 转动数组 int deq[N]; // 单调队列,下标 int deqv[N]; // 单调队列,值 void solve() { for (int i=0; i<n; i++) { // 枚举每一个物品 for (int a=0; a<v[i]; a++) { // 1共v[i]个等价类 int s =0, t = 0; //双端队列的头部和尾部 for (int j=0; j*v[i] + a<=tar; j++) { // 每一个等价类中符合条件的j有哪些 // 加入j构成的函数的时候,保证队列的单调性 int val = dp[j * v[i] + a] - j * w[i]; while (s < t && deqv[t -1] <= val) t--; deq[t] = j; deqv[t] = val; t ++; // 从头部取出,t dp[j*v[i] + a] = deqv[s] + j * w[i]; //判断队列的长度是否是太长了 if (deq[s] == j-m[i]) { s ++; } } } } cout << dp[tar] << endl; }

混合背包

for i = 1 to N ifi件物品属于01背包 ZeroOnePack(F,Ci,Wi) else ifi件物品属于完全背包 CompletePack(F,Ci,Wi) else ifi件物品属于多重背包 MultiplePack(F,Ci,Wi,Ni)

2维费用背包

5.1 问题 2维费用的背包问题是指:对每件物品,具有两种不同的空间耗费,选 择这件物品必须同时付出这两种代价。对每种代价都有1个可付出的最大值 (背包容量)。问怎样选择物品可以得到最大的价值。 设这两种代价分别为代价1和代价2,第i件物品所需的两种代价分别 为Ci和Di。两种代价可付出的最大值(两种背包容量)分别为V 和U。物品的 价值为Wi。 5.2 算法 费用加了1维,只需状态也加1维便可。设F [i,v,u]表示前i件物品付出两 种代价分别为v和u时可取得的最大价值。状态转移方程就是: F [i,v,u] = max{F[i − 1, v, u], F[i − 1, v − Ci, u − Di] + Wi} 如前述优化空间复杂度的方法,可以只使用2维的数组:当每件物品只可 以取1次时变量v和u采取逆序的循环,当物品有如完全背包问题时采取顺序的 循环,当物品有如多重背包问题时拆分物品。 这里就不再给出伪代码了,相信有了前面的基础,读者应当能够自己实现 出这个问题的程序。
  • 注意费用背包的变形
有时,“2维费用”的条件是以这样1种隐含的方式给出的:最多只能 取U件物品。这事实上相当于每件物品多了1种“件数”的费用,每一个物品的 件数费用均为1,可以付出的最大件数费用为U。换句话说,设F [v,u]表示付 出费用v、最多选u件时可得到的最大价值,则根据物品的类型(01、完全、多 重)用不同的方法循环更新,最后在f[0...V, 0...U]范围内寻觅答案。

分组背包

有N件物品和1个容量为V 的背包。第i件物品的费用是Ci,价值是Wi。这 些物品被划分为K组,每组中的物品相互冲突,最多选1件。求解将哪些物品 装入背包可以使这些物品的费用总和不超过背包容量,且价值总和最大。 算法 这个问题变成了每组物品有若干种策略:是选择本组的某1件,还是1件 都不选。也就是说设F [k, v]表示前k组物品花费费用v能获得的最大权值,则 有: F [k, v] = max{F [k − 1, v], F [k − 1, v − Ci] + Wi | item i ∈ group k} 使用1维数组的伪代码以下: for k = 1 to K for v = V to 0 for item i in group k F [v] = max{F [v], F [v − Ci] + Wi} 这里3层循环的顺序保证了每组内的物品最多只有1个会被添加到背包中。 另外,明显可以对每组内的物品利用2.3中的优化。 小结 分组的背包问题将彼此互斥的若干物品称为1个组,这建立了1个很好的 模型。很多背包问题的变形都可以转化为分组的背包问题(例如7),由分组的 背包问题进1步可定义“泛化物品”的概念,10分有益于解题。
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