AcWing 2. 01背包问题

发布时间 2023-12-04 10:42:28作者: haruhomu

题面:
有 \(N\) 件物品和一个容量是 \(V\) 的背包。每件物品只能使用一次。
第 \(i\) 件物品的体积是 \(v_i\),价值是 \(w_i\)
求解将哪些物品装入背包,可使这些物品的总体积不超过背包容量,且总价值最大
输出最大价值。

原链接:2. 01背包问题 - AcWing

  • 有限集的最优问题:乘法原理,总方案数为 \(2^n\) ,在所有的方案中选择一个价值最大的方案。
  • 对于 \(F(i,j)\)
    • 集合:只考虑前 \(i\) 个物品,且总体积不超过 \(j\)
    • 属性:题目要求我们求最大价值,则其属性就是 \(max\)
  • 划分方案:所有不选\(i\) 个物品的方案 / 所有\(i\) 个物品的方案(不重不漏)
    • 左集合(不选):由于它在 \(F(i, j)\) 内,且不包含 \(i\),即相当于 \(F(i-1, j)\)
      • 即问题转化为:考虑前 \(i-1\) 个物品且总体积不超过 \(j\) 的情况下的最优解。
      • 将原始问题转化为一个更小的子问题进行求解,从而实现问题的分解和状态转移
    • 右集合(选):再次细分,将 \(i\) 单独拿出来,得到 \(F(i-1, j-Vi)\)
      • 表示考虑前 \(i-1\) 个物品且总体积不超过 \(j-Vi\) 的集合。
    • 也就是说求右边的最大值:\(max(F(i-1, j-Vi) + Wi)\)
      • 即先前右集合的基础上加上第 \(i\) 个物品的价值 \(Wi\)
    • 右集合不一定存在(\(j<Vi\)),故特判:\(j ≥ Vi ≥ 0\)
    • 状态转移方程\(F(i, j) = max(F(i-1, j), F(i-1, j-Vi) + Wi)\) \(j≥Vi\)
  • 时间复杂度:物品数量 × 背包容量,因此本题的时间复杂度是 \(O(nv)\)
  • 循环顺序问题:板子为外层循环遍历物品内层循环遍历容量
    • 二维数组的两个for遍历的先后循序可以颠倒;
    • 一维数组的两个for循环先后循序一定是先遍历物品,再遍历背包容量。
  • 滚动数组的容量倒序遍历问题[1]:每次取的状态不会和之前取的状态重合;
    • 对于二维dp,dp[i][j]都是通过上一层即dp[i - 1][j]计算而来,本层的dp[i][j]并不会被覆盖。
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

const int N = 1005;

int n, m;
int v[N], w[N];
int f[N][N];

int main()
{
    cin >> n >> m;
    for (int i = 1; i <= n; i++)
        cin >> v[i] >> w[i];
    //朴素实现
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        for (int j = 1; j <= m; j++) {
            f[i][j] = f[i - 1][j];
            if (j >= v[i])
                f[i][j] = max(f[i][j], f[i - 1][j - v[i]] + w[i]);
        }
    }
    cout << f[n][m];
    //优化-使用滚动数组:状态转移方程中的 F(i, j) 只与 F(i-1, x) 有关,且 x ≤ j
    for (int i = 1; i <= n; i++)
        for (int j = m; j >= v[i]; j--)
            f[j] = max(f[j], f[j - v[i]] + w[i]);
    //从大到小枚举背包容量 j:确保在计算 f[j] 时,f[j-v[i]] 已经被更新过:
    //后面的数据依赖于左上方的数据(f(i-1,j-x)),从小到大循环会导致状态依赖在计算前就被覆盖,即f(i-1,j-x)会在f(i,j)之前被更新为f(i,j-x)
    cout << f[m] << endl;
    return 0;
}

  1. 动态规划:关于01背包问题,你该了解这些!(滚动数组)- 代码随想录 ↩︎