动态规划:完全背包理论基础
本题力扣上没有原题,大家可以去卡码网第52题 (opens new window)去练习,题意是一样的。
#算法公开课
《代码随想录》算法视频公开课 (opens new window):带你学透完全背包问题! (opens new window),相信结合视频再看本篇题解,更有助于大家对本题的理解。
#思路
#完全背包
有N件物品和一个最多能背重量为W的背包。第i件物品的重量是weight[i],得到的价值是value[i] 。每件物品都有无限个(也就是可以放入背包多次),求解将哪些物品装入背包里物品价值总和最大。
完全背包和01背包问题唯一不同的地方就是,每种物品有无限件。
同样leetcode上没有纯完全背包问题,都是需要完全背包的各种应用,需要转化成完全背包问题,所以我这里还是以纯完全背包问题进行讲解理论和原理。
在下面的讲解中,我依然举这个例子:
背包最大重量为4。
物品为:
重量 | 价值 | |
---|---|---|
物品0 | 1 | 15 |
物品1 | 3 | 20 |
物品2 | 4 | 30 |
每件商品都有无限个!
问背包能背的物品最大价值是多少?
01背包和完全背包唯一不同就是体现在遍历顺序上,所以本文就不去做动规五部曲了,我们直接针对遍历顺序经行分析!
关于01背包我如下两篇已经进行深入分析了:
- 动态规划:关于01背包问题,你该了解这些!(opens new window)
- 动态规划:关于01背包问题,你该了解这些!(滚动数组)(opens new window)
首先再回顾一下01背包的核心代码
for(int i = 0; i < weight.size(); i++) { // 遍历物品
for(int j = bagWeight; j >= weight[i]; j--) { // 遍历背包容量
dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);
}
}
我们知道01背包内嵌的循环是从大到小遍历,为了保证每个物品仅被添加一次。
而完全背包的物品是可以添加多次的,所以要从小到大去遍历,即:
// 先遍历物品,再遍历背包
for(int i = 0; i < weight.size(); i++) { // 遍历物品
for(int j = weight[i]; j <= bagWeight ; j++) { // 遍历背包容量
dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);
}
}
至于为什么,我在动态规划:关于01背包问题,你该了解这些!(滚动数组) (opens new window)中也做了讲解。
dp状态图如下:
相信很多同学看网上的文章,关于完全背包介绍基本就到为止了。
其实还有一个很重要的问题,为什么遍历物品在外层循环,遍历背包容量在内层循环?
这个问题很多题解关于这里都是轻描淡写就略过了,大家都默认 遍历物品在外层,遍历背包容量在内层,好像本应该如此一样,那么为什么呢?
难道就不能遍历背包容量在外层,遍历物品在内层?
看过这两篇的话:
- 动态规划:关于01背包问题,你该了解这些!(opens new window)
- 动态规划:关于01背包问题,你该了解这些!(滚动数组)(opens new window)
就知道了,01背包中二维dp数组的两个for遍历的先后循序是可以颠倒了,一维dp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。
在完全背包中,对于一维dp数组来说,其实两个for循环嵌套顺序是无所谓的!
因为dp[j] 是根据 下标j之前所对应的dp[j]计算出来的。 只要保证下标j之前的dp[j]都是经过计算的就可以了。
遍历物品在外层循环,遍历背包容量在内层循环,状态如图:
遍历背包容量在外层循环,遍历物品在内层循环,状态如图:
看了这两个图,大家就会理解,完全背包中,两个for循环的先后循序,都不影响计算dp[j]所需要的值(这个值就是下标j之前所对应的dp[j])。
- 518. 零钱兑换 II
class Solution { public int change(int amount, int[] coins) { //递推表达式 int[] dp = new int[amount + 1]; //初始化dp数组,表示金额为0时只有一种情况,也就是什么都不装 dp[0] = 1; for (int i = 0; i < coins.length; i++) { for (int j = coins[i]; j <= amount; j++) { dp[j] += dp[j - coins[i]]; } } return dp[amount]; } }
思路:该题与494.目标和的题目类似,都是求组合的组数,该题的区别就是多重背包,可以放多个相同的物品。
- 377. 组合总和 Ⅳ
class Solution { public int combinationSum4(int[] nums, int target) { int[] dp = new int[target + 1]; dp[0] = 1; for (int i = 0; i <= target; i++) { for (int j = 0; j < nums.length; j++) { if (i >= nums[j]) { dp[i] += dp[i - nums[j]]; } } } return dp[target]; } }
思路:与上题一样,本题是求解排列,讲究顺序,211和112不一样,先遍历背包在遍历物品,这样的话就有顺序之分。