题目:01背包理论基础、416. 分割等和子集
参考链接:代码随想录
动态规划:01背包理论基础
思路:01背包是所有背包问题的基础,第一次看到比较懵,完全不知道dp数据怎么设置。具体分析还是dp五部曲,首先是dp数据,先想本题需要求的内容,即给定背包容量下,求能放置物品的最大价值和,因此想到的数据存放内容肯定是最大价值和,但本题有容量和物品两个维度,而之前的题目都只有一个维度,故需要用到二维数据,dp[i][j]表示从下标0-i物品中选择任意物品放入容量为j的背包中,能得到的最大价值和;
然后第二步递推公式,要递推考虑第i个物品,有两种情况,首先是不放i物品,这时候dp[i][j]=dp[i-1][j],与前i-1个物品的结果相同,然后是放i物品,这时候背包还剩下的重量为j-weight[i],然后在这些重量中放置前i-1个物品,dp[i][j]=dp[i-1][j-weight[i]]+value[i],最终递推即在这两个里取最大值,如果物品i本来就放不进去,那么就只有第一种情况;第三部dp初始化,首先是j=0的时候,背包放不了任何东西,故dp[i][0]=0,然后是i=0即只有物品0的时候,这时候就是看背包能不能放下weight[0],如果放得下则为weight[0],否则为0,其他都被初始化为0;第四步为确定遍历顺序,先遍历物品和背包都可以,因为都是左上推右下,我们就先遍历物品;举例略。时间复杂度O(mn)。
#include<iostream>
#include<cstring>
using namespace std;
int maxValue(int n,int m,int space[],int value[]){
int dp[m][n+1];//空间需要0-n,物品从0-m-1即可
memset(dp,0,sizeof(dp));
for(int i=1;i<=n;i++){//初始化物品0
if(space[0]<=i){//物品0可以放进背包了
dp[0][i]=value[0];
}
}
for(int i=1;i<m;i++){
for(int j=1;j<=n;j++){
if(space[i]>j){//物品i无法先放进去
dp[i][j]=dp[i-1][j];
}
else{//先放物品i
dp[i][j]=max(dp[i-1][j],dp[i-1][j-space[i]]+value[i]);
}
}
}
return dp[m-1][n];
}
int main(){
int n,m;
while(cin >> m >> n){
int space[m],value[m];
for(int i=0;i<m;i++){
cin >> space[i];
}
for(int i=0;i<m;i++){
cin >> value[i];
}
cout << maxValue(n,m,space,value) << endl;
}
return 0;
}
我比较喜欢的ACM写法是把解题过程抽象成一个函数,数据输入全部在main中完成,标答是在solve()中处理输入。
看标答发现可以把数据压缩成一维,因为递推公式的i都是i-1,我们可以只保留每一行,也就是滚动数组。新的一维dp数组dp[j]表示容量为j的背包能装入的最大价值;递归公式,还是看物品i能不能先放进去,如果不能,那么dp[j]就不变,如果能放先放进去,那么就比较当前dp[j]和dp[j-weight[i]]+value[i],取最大值;初始化,只初始化一行,dp[0]肯定为0,其他下标位置,也初始化为0,因为后面递推过程中会逐渐取最大值;遍历顺序,这是一维写法比较困难的地方,必须从背包容量从大到小遍历,因为如果从小到大,会把前面的背包放入两次,比如w[0]=1,v[0]=15,在计算dp[1]的过程中即为dp[0]+v[0]=15,而对dp[2],如果取dp[1]+value[0]=30,会算两次物品0,而从大到小遍历,我们一开始没有放入物品,dp[0]初始化均为0,dp[2]=dp[1]+value[0]=15,因为在这一次遍历中,还没有考虑到dp[1],后续计算dp[1]=dp[0]+value[0]=15,故不会重复放入,而之前的二维数组,每一次dp[i][j]都由上一层计算而来,本层的没有被覆盖过,因此不存在重复计算问题;举例略。主要就是为了避免本层覆盖的问题,因为dp数组都是由上一层计算的。一维滚动数组写法的代码如下:
int maxValue(int n,int m,int space[],int value[]){
int dp[n+1]={0};
for(int i=1;i<=n;i++){//初始化
if(space[0]<=i){//物品0可以放进背包了
dp[i]=value[0];
}
}
for(int i=1;i<m;i++){
for(int j=n;j>=0;j--){
if(space[i]<=j){//物品i能先放进去
dp[j]=max(dp[j],dp[j-space[i]]+value[i]);
}
}
}
return dp[n];
}
真正理解需要画图分析。一维写法空间复杂度大幅下降,需要掌握。
416. 分割等和子集
思路:本题的第一想法就是使用回溯暴力搜索和为sum/2的所有元素,如果找到返回true。能不能套用01背包问题呢,把数组中所有元素对应为物品,每个物品只能放入一次,背包的容量为sum/2,放入的物品重量为元素的数值,价值也为元素的数值,需要保证背包正好装满。对应dp五部曲,首先是dp数组,dp[j]表示背包容量为j时,能放入最大价值,若背包容量为target,则dp[target]即背包装满后的容量,dp[target]=target即装满,如果装不满,即价值未达到要求,dp[target]<target;递推公式,物品i能放进去的时候,dp[j]=max(dp[j],dp[j-nums[i]]+nums[i]),因为物品i的weight和value都是nums[i];初始化,由于题目的价值都是非负,dp直接全初始化为0即可;递推顺序,按重量从大到小;举例略。时间复杂度O(n^2)。
class Solution {
public:
bool canPartition(vector<int>& nums) {
int sum=accumulate(nums.begin(),nums.end(),0);//库函数求和
if(sum%2==1){//和为奇数直接排除
return false;
}
int target=sum/2;
vector<int> dp(20001,0);//由题意知最大的和不会超过20000
int n=nums.size();
for(int i=0;i<n;i++){
for(int j=target;j>=nums[i];j--){
dp[j]=max(dp[j],dp[j-nums[i]]+nums[i]);
}
}
if(dp[target]==target){//容量为target的背包装完后价值恰好为target,即表示装满
return true;
}
return false;
}
};
本题的难点就在于将原问题和01背包对应起来,主要是装满如何想到,即把价值和重量都定义成元素的值,装满target重量即为target容量的背包能装的最大价值恰好为target,即dp[target]=target。