通过:http://www.cnblogs.com/tanky_woo/archive/2010/07/31/1789621.html
http://blog.csdn.net/lyhvoyage/article/details/8545852改编而来
3种背包的简单概念:
0-1背包 (ZeroOnePack): 有N件物品和一个容量为V的背包。每种物品均只有一件
第i件物品的费用是c[i],价值是w[i]。求解将哪些物品装入背包可使价值总和最大。
完全背包(CompletePack): 有N种物品和一个容量为V的背包,每种物品都有无限件可用。
第i种物品的费用是c[i],价值是w[i]。求解将哪些物品装入背包可使这些物品的费用总和不超过背包容量,且价值总和最大。
多重背包 (MultiplePack): 有N种物品和一个容量为V的背包。第i种物品最多有n[i]件可用,
每件费用是c[i],价值是w[i]。求解将哪些物品装入背包可使这些物品的费用总和不超过背包容量,且价值总和最大。
比较三个题概念,会发现不同点在于每种背包的数量,01背包是每种只有一件,完全背包是每种无限件,而多重背包是每种有限件。
——————————————————————————————————————————————————————————–
一、0-1背包:
有N件物品和一个容量为V的背包。(每种物品均只有一件)第i件物品的费用是c[i],价值是w[i]。求解将哪些物品装入背包可使价值总和最大。
这是最基础的背包问题,特点是:每种物品仅有一件,可以选择放或不放。
用子问题定义状态:即f[i][v]表示前i件物品恰放入一个容量为v的背包可以获得的最大价值。则其状态转移方程便是:
f[i][v]=max{f[i-1][v],f[i-1][v-c[i]]+w[i]}
把这个过程理解下:在前i件物品放进容量v的背包时,
它有两种情况:
第一种是第i件不放进去,这时所得价值为:f[i-1][v]
第二种是第i件放进去,这时所得价值为:f[i-1][v-c[i]]+w[i]
(第二种是什么意思?就是如果第i件放进去,那么在容量v-c[i]里就要放进前i-1件物品)
最后比较第一种与第二种所得价值的大小,哪种相对大,f[i][v]的值就是哪种。
(这是基础,要理解!)
V=10,N=3,c[]={3,4,5}, w={4,5,6}
(1)背包不一定装满
计算顺序是:从右往左,自上而下:因为每个物品只能放一次,前面的体积小的会影响体积大的
(2)背包刚好装满
计算顺序是:从右往左,自上而下。注意初始值,其中-inf表示负无穷
这里是用二位数组存储的,可以把空间优化,用一位数组存储。
用f[0..v]表示,f[v]表示把前i件物品放入容量为v的背包里得到的价值。把i从1~n(n件)循环后,最后f[v]表示所求最大值。
*这里f[v]就相当于二位数组的f[i][v]。那么,如何得到f[i-1][v]和f[i-1][v-c[i]]+w[i]?(重点!思考)
首先要知道,我们是通过i从1到n的循环来依次表示前i件物品存入的状态。即:for i=1..N
每次算出来二维数组f[i][0..V]的所有值。那么,如果只用一个数组f[0..V],能不能保证第i次循环结束后f[v]中表示的就是我们定义的状态f[i][v]呢?
f[i][v]是由f[i-1][v]和f[i-1][v-c[i]]两个子问题递推而来,能否保证在推f[i][v]时(也即在第i次主循环中推f[v]时)能够得到f[i-1][v]和f[i-1][v-c[i]]的值呢?
事实上,这要求在每次主循环中我们以v=V..0的顺序推f[v],这样才能保证推f[v]时f[v-c[i]]保存的是状态f[i-1][v-c[i]]的值
代码如下:
for i=1..N for v=V..0 f[v]=max{f[v],f[v-c[i]]+w[i]};
测试数据:
10,3
3,4
4,5
5,6
这个图表画得很好,借此来分析:
C[v]从物品i=1开始,循环到物品3,期间,每次逆序得到容量v在前i件物品时可以得到的最大值。(请在草稿纸上自己画一画)
这里以一道题目来具体看看:
题目:http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=2602
代码在这里:http://www.wutianqi.com/?p=533
二、完全背包:
有N种物品和一个容量为V的背包,每种物品都有无限件可用。第i种物品的费用是c[i],价值是w[i]。求解将哪些物品装入背包可使这些物品的费用总和不超过背包容量,
且价值总和最大。
完全背包按其思路仍然可以用一个二维数组来写出:
f[i][v]=max{f[i-1][v-k*c[i]]+k*w[i]|0<=k*c[i]<=v}
如果将v的循环顺序从上面的0-1背包逆序改成顺序的话,那么则成了f[i][v]由f[i][v-c[i]]推知,刚好满足完全背包的定义可以将数组降维
那么这里,我们顺序写,这里的max中的两项当然就是当前状态的值了,因为每种背包都是无限的。当我们把i从1到N循环时,
f[v]表示容量为v在前i种背包时所得的价值,这里我们要添加的不是前一个背包,而是当前背包。所以我们要考虑的当然是当前状态。
V=10,N=3,c[]={3,4,5}, w={4,5,6}
(1)背包不一定装满
计算顺序是:从左往右,自上而下: 每个物品可以放多次,前面的会影响后面的
(2)背包刚好装满
计算顺序是:从左往右,自上而下。注意初始值,其中-inf表示负无穷
代码如下:
for i=1..N for v=0..V f[v]=max{f[v],f[v-c[i]]+w[i]}
这里同样给大家一道题目:
题目:http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=1114
代码:http://www.wutianqi.com/?p=535
(分析代码也是学习算法的一种途径,有时并不一定要看算法分析,结合题目反而更容易理解。)
一个简单有效的优化
完全背包问题有一个很简单有效的优化,是这样的:若两件物品i、j满足c[i]<=c[j]且w[i]>=w[j],则将物品j去掉,不用考虑。这个优化的正确性显然:任何情况下都可将价值小费用高得j换成物美价廉的i,得到至少不会更差的方案。对于随机生成的数据,这个方法往往会大大减少物品的件数,从而加快速度。然而这个并不能改善最坏情况的复杂度,因为有可能特别设计的数据可以一件物品也去不掉。
——————————————————————————————————————————————————————————–
三、多重背包
有N种物品和一个容量为V的背包。第i种物品最多有n[i]件可用,每件费用是c[i],价值是w[i]。求解将哪些物品装入背包可使这些物品的费用总和不超过背包容量,
且价值总和最大。
这题目和完全背包问题很类似。基本的方程只需将完全背包问题的方程略微一改即可,因为对于第i种物品有n[i]+1种策略:取0件,取1件……取n[i]件。令f[i][v]表示前i种物品恰放入一个容量为v的背包的最大权值,则有状态转移方程:
f[i][v]=max{f[i-1][v-k*c[i]]+k*w[i]|0<=k<=n[i]}
这里同样转换为01背包:
普通的转换对于数量较多时,则可能会超时
对于普通的。就是多了一个中间的循环,把j=0~bag[i],表示把第i中背包从取0件枚举到取bag[i]件。
给出一个例题:
题目:http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=2191
代码:http://www.wutianqi.com/?p=537
对于二进制办法
多重背包转换成 01 背包问题就是多了个初始化,把它的件数C 用二进制分解成若干个件数的集合,这里面数字可以组合成任意小于等于C的件数,而且不会重复,
之所以叫二进制分解,是因为这样分解可以用数字的二进制形式来解释
比如:7的二进制 7 = 111 它可以分解成 001 010 100 这三个数可以组合成任意小于等于7 的数,而且每种组合都会得到不同的数
15 = 1111 可分解成 0001 0010 0100 1000 四个数字
如果13 = 1101 则分解为 0001 0010 0100 0110 前三个数字可以组合成 7以内任意一个数,即1、2、4可以组合为1——7内所有的数,加上 0110 = 6 可以组合成任意一个大于6 小于等于13的数,比如12,可以让前面贡献6且后面也贡献6就行了。虽然有重复但总是能把 13 以内所有的数都考虑到了,基于这种思想去把多件物品转换为,多种一件物品,就可用01 背包求解了。
int n; //输入有多少种物品 int c; //每种物品有多少件 int v; //每种物品的价值 int s; //每种物品的尺寸 int count = 0; //分解后可得到多少种物品 int value[MAX]; //用来保存分解后的物品价值 int size[MAX]; //用来保存分解后物品体积 scanf("%d", &n); //先输入有多少种物品,接下来对每种物品进行分解 while (n--) //接下来输入n中这个物品 { scanf("%d%d%d", &c, &s, &v); //输入每种物品的数目和价值 for (int k=1; k<=c; k<<=1) //<<右移 相当于乘二 { value[count] = k*v; size[count++] = k*s; c -= k; } if (c > 0) { value[count] = c*v; size[count++] = c*s; } }
定理:一个正整数n可以被分解成1,2,4,…,2^(k-1),n-2^k+1(k是满足n-2^k+1>0的最大整数)的形式,且1~n之内的所有整数均可以唯一表示成1,2,4,…,2^(k-1),n-2^k+1中某几个数的和的形式。
证明如下:
(1) 数列1,2,4,…,2^(k-1),n-2^k+1中所有元素的和为n,所以若干元素的和的范围为:[1, n];
(2)如果正整数t<= 2^k – 1,则t一定能用1,2,4,…,2^(k-1)中某几个数的和表示,这个很容易证明:我们把t的二进制表示写出来,很明显,t可以表示成n=a0*2^0+a1*2^1+…+ak*2^(k-1),其中ak=0或者1,表示t的第ak位二进制数为0或者1.
(3)如果t>=2^k,设s=n-2^k+1,则t-s<=2^k-1,因而t-s可以表示成1,2,4,…,2^(k-1)中某几个数的和的形式,进而t可以表示成1,2,4,…,2^(k-1),s中某几个数的和(加数中一定含有s)的形式。
(证毕!)
现在用count 代替 n 就和01 背包问题完全一样了
杭电2191题解:http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=2191
此为多重背包用01和完全背包:
1 #include<stdio.h> 2 #include<string.h> 3 int dp[102]; 4 int p[102],h[102],c[102]; 5 int n,m; 6 void comback(int v,int w)//经费,重量。完全背包; 7 { 8 for(int i=v; i<=n; i++) 9 if(dp[i]<dp[i-v]+w) 10 dp[i]=dp[i-v]+w; 11 } 12 void oneback(int v,int w)//经费,重量;01背包; 13 { 14 for(int i=n; i>=v; i--) 15 if(dp[i]<dp[i-v]+w) 16 dp[i]=dp[i-v]+w; 17 } 18 int main() 19 { 20 int ncase,i,j,k; 21 scanf("%d",&ncase); 22 while(ncase--) 23 { 24 memset(dp,0,sizeof(dp)); 25 scanf("%d%d",&n,&m);//经费,种类; 26 for(i=1; i<=m; i++) 27 { 28 scanf("%d%d%d",&p[i],&h[i],&c[i]);//价值,重量,数量; 29 if(p[i]*c[i]>=n) comback(p[i],h[i]); 30 else 31 { 32 for(j=1; j<c[i]; j<<1) 33 { 34 oneback(j*p[i],j*h[i]); 35 c[i]=c[i]-j; 36 } 37 oneback(p[i]*c[i],h[i]*c[i]); 38 } 39 } 40 printf("%d ",dp[n]); 41 } 42 return 0; 43 }
只是用01背包,用二进制优化:
1 #include <iostream> 2 using namespace std; 3 int main() 4 { 5 int nCase,Limit,nKind,i,j,k, v[111],w[111],c[111],dp[111]; 6 //v[]存价值,w[]存尺寸,c[]存件数 7 //在本题中,价值是米的重量,尺寸是米的价格 8 int count,Value[1111],size[1111]; 9 //count存储分解完后的物品总数 10 //Value存储分解完后每件物品的价值 11 //size存储分解完后每件物品的尺寸 12 cin>>nCase; 13 while(nCase--) 14 { 15 count=0; 16 cin>>Limit>>nKind; 17 for(i=0; i<nKind; i++) 18 { 19 cin>>w[i]>>v[i]>>c[i]; 20 //对该种类的c[i]件物品进行二进制分解 21 for(j=1; j<=c[i]; j<<=1) 22 { 23 //<<右移1位,相当于乘2 24 Value[count]=j*v[i]; 25 size[count++]=j*w[i]; 26 c[i]-=j; 27 } 28 if(c[i]>0) 29 { 30 Value[count]=c[i]*v[i]; 31 size[count++]=c[i]*w[i]; 32 } 33 } 34 //经过上面对每一种物品的分解, 35 //现在Value[]存的就是分解后的物品价值 36 //size[]存的就是分解后的物品尺寸 37 //count就相当于原来的n 38 //下面就直接用01背包算法来解 39 memset(dp,0,sizeof(dp)); 40 for(i=0; i<count; i++) 41 for(j=Limit; j>=size[i]; j--) 42 if(dp[j]<dp[j-size[i]]+Value[i]) 43 dp[j]=dp[j-size[i]]+Value[i]; 44 45 cout<<dp[Limit]<<endl; 46 } 47 return 0; 48 }
未优化的
1 #include <iostream> 2 using namespace std; 3 int main() 4 { 5 int nCase,Limit,nKind,i,j,k, v[111],w[111],c[111],dp[111]; 6 //v[]存价值,w[]存尺寸,c[]存件数 7 //在本题中,价值是米的重量,尺寸是米的价格 8 int count,Value[1111],size[1111]; 9 //count存储分解完后的物品总数 10 //Value存储分解完后每件物品的价值 11 //size存储分解完后每件物品的尺寸 12 cin>>nCase; 13 while(nCase--) 14 { 15 count=0; 16 cin>>Limit>>nKind; 17 for(i=0; i<nKind; i++) 18 { 19 cin>>w[i]>>v[i]>>c[i]; 20 //对该种类的c[i]件物品进行二进制分解 21 for(j=1; j<=c[i]; j<<=1) 22 { 23 //<<右移1位,相当于乘2 24 Value[count]=j*v[i]; 25 size[count++]=j*w[i]; 26 c[i]-=j; 27 } 28 if(c[i]>0) 29 { 30 Value[count]=c[i]*v[i]; 31 size[count++]=c[i]*w[i]; 32 } 33 } 34 //经过上面对每一种物品的分解, 35 //现在Value[]存的就是分解后的物品价值 36 //size[]存的就是分解后的物品尺寸 37 //count就相当于原来的n 38 //下面就直接用01背包算法来解 39 memset(dp,0,sizeof(dp)); 40 for(i=0; i<count; i++) 41 for(j=Limit; j>=size[i]; j--) 42 if(dp[j]<dp[j-size[i]]+Value[i]) 43 dp[j]=dp[j-size[i]]+Value[i]; 44 45 cout<<dp[Limit]<<endl; 46 } 47 return 0; 48 }
因为限于个人的能力,我只能讲出个大概,请大家具体还是好好看看dd大牛的《背包九讲》。
暂时讲完后,随着以后更深入的了解,我会把资料继续完善,供大家一起学习探讨。