动态规划DP之背包问题2---完全背包问题

news2024/10/5 15:22:30

目录

DP分析:

状态转移方程:

代码:

例子:


        与 01背包问题 不同点在于,每种物品可以使用无限次。

有 N 种物品和一个容量是 V 的背包,每种物品都有无限件可用。

第 i 种物品的体积是 vi,价值是 wi。

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。

DP分析:

        解决此类问题,需要从状态表示以及状态计算进行分析。

        状态表示:问题的某种特定情况或属性。这些状态是问题的解的一部分,它们包含了问题的关键信息,可以帮助我们描述问题的结构,并且可以通过状态之间的转移来推导出最优解。可以再细分为集合(方案),描述变量表示的是什么,属性即要取的值是最大,最小或者其他。

        状态计算(状态转移):如下,通过 [1,i-1] 和  [0,j] 的状态计算 i 变量 和 j 变量的状态。

完全背包问题DP分析

         对状态计算其中的一些分析:

​​​​​​​

     那么,最终 f[i, j] 可以表示为:

        f[i, j] = max(f[i-1,j],\ f[i-1,j-v_i]+w_i,\ f[i-1,j-2*v_i]+2*w_i,\ ...)

        直到物品 i 的总体积小于 j       k*v_i \leqslant j 

     但是,可以发现,要对多个进行取max处理,需要多增加一层循环,时间复杂度可以达到O(n^3),会有超时的风险。

     解决:

       f[i, j] = max(f[i-1,j],\ f[i-1,j-v_i]+w_i,\ f[i-1,j-2*v_i]+2*w_i,\ ...) f[i, j-v_i] = max( f[i-1,j-v_i],\ f[i-1,j-2*v_i]+w_i,\ f[i-1,j-3*v_i]\\+2*w_i, ...)

        可以发现,f[i, j-v_i] + w_i 可以代替 f[i, j] 中除开 f[i-1,j] 后面的所有值操作。

        即 f[i, j-v_i]+w_i = f[i-1,j-v_i]+w_i,\ f[i-1,j-2*v_i]+2*w_i,\ ...

状态转移方程:

所以最终f[i, j] 的状态转移方程为: f[i,j]=max(f[i-1,j],\ f[i,j-v_i]+w_i) 

(很多人不理解该状态转移,理解过程如上DP分析所示,从最开始暴力解决开始分析,再依次优化,动态规划问题虽然代码看着简单,但是要理解其中原理和状态转移过程) 

        完全背包问题的状态转移方程看似和01背包问题的一样,但是其中转移过程却相隔十万八千里。动态规划DP之背包问题1---01背包问题-CSDN博客

代码:

        暴力 O(n^3)

for(int i=1;i<=n;i++){
            for(int j=0;j<=m;j++){
                f[i][j] = f[i-1][j];
                for(int k=1;k*v[i]<=j;k++)
                    if(j>=v[i]) f[i][j] = Math.max(f[i][j],f[i-1][j-k*v[i]]+k*w[i]);
            }
        }

        二维优化:

for(int i=1;i<=n;i++){
    for(int j=1;j<=V;j++){ 
        f[i][j] = f[i-1][j]; // 可能一件物品都装不下
        if(j>=v[i]) // 背包体积大于物品体积
            f[i][j] = Math.max(f[i][j],f[i][j-v[i]]+w[i]); 
    }
}

         一维优化:

for(int i=1;i<=n;i++)
    for(int j=v[i];j<=V;j++)
        f[j] = Math.max(f[j],f[j-v[i]]+w[i]);

例子:

有 N 种物品和一个容量是 V 的背包,每种物品都有无限件可用。

第 i 种物品的体积是 vi,价值是 wi。

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。

输入格式

第一行两个整数,N,V,用空格隔开,分别表示物品种数和背包容积。

接下来有 N 行,每行两个整数 vi,wi,用空格隔开,分别表示第 i 种物品的体积和价值。

输出格式

输出一个整数,表示最大价值。

数据范围

0<N,V≤1000
0<vi,wi≤1000

输入样例

4 5
1 2
2 4
3 4
4 5

输出样例:

10
import java.io.*;
import java.util.*;
 
class Main{
    static int N = 1010;
    static int n,V;
    static int[] v = new int[N]; // 体积
    static int[] w = new int[N]; // 价值
    static int[] f = new int[N]; // 二维
    public static void main(String[] args) throws IOException{
        BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        String[] s = in.readLine().split(" ");
        n = Integer.parseInt(s[0]);
        V = Integer.parseInt(s[1]);
        
        for(int i=1;i<=n;i++){
            s = in.readLine().split(" ");
            v[i] = Integer.parseInt(s[0]);
            w[i] = Integer.parseInt(s[1]);
        }
        
        // 完全背包:
        for(int i=1;i<=n;i++)
            for(int j=v[i];j<=V;j++)
                f[j] = Math.max(f[j],f[j-v[i]]+w[i]);
        System.out.println(f[V]); 
    }
}

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