背包问题理论
主要需要掌握:
物品个数上不同!!!
0-1背包:n种物品 每种物品只有一个——只考虑每个物品放与不放
完全背包:n种物品 每种物品有无数个
多重背包:n种物品 每种物品个数各不相同
0-1背包:
应用背景:
n个物品,每个物品可要可不要 不要重复放入的,2^n次方种可能性的,放入问题
1、明确dp数组的定义
dp【i】【j】:从【0,i】的物品中,任取,放入容量为j的背包,能形成的最大价值
2、确定递推公式
分为两种情况:
不放物品i——dp【i-1】【j】——相当于从0~i-1的物品中选取要放入的东西,背包容量为j,找最大价值
放物品i——dp【i-1】【j-weight【i】】+value【i】——背包容量减少了,也就是从0~i-1的物品中选取要放入的东西,背包容量为j-weight【i】,同时第i件物品的价值也应当计算在内
——dp【i】【j】取上述两项的最大值
dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i])
3、初始化
从上方 和 左上计算得到的 这个元素
需要初始化第一行&&第一列
第一列肯定是0,背包容量是0,能放的最大价值肯定也是0
第一行,背包容量逐渐增长,对于只能放物品0来说,当背包容量大于物品重量时,存放物品0的价值
其他地方的初始化不影响求值的情况
4、计算顺序
对于二维情况!背包和物品的遍历顺序是可以互相交换的!
用滚动数组进行压缩空间
在使用二维数组的时候,递推公式:dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i]);
其实可以发现如果把dp[i - 1]那一层拷贝到dp[i]上,表达式完全可以是:dp[i][j] = max(dp[i][j], dp[i][j - weight[i]] + value[i]);
与其把dp[i - 1]这一层拷贝到dp[i]上,不如只用一个一维数组了,只用dp[j](一维数组,也可以理解是一个滚动数组)。
这就是滚动数组的由来,需要满足的条件是上一层可以重复利用,直接拷贝到当前层。
一些差异!
定义差异:dp[j]表示:容量为j的背包,所背的物品价值可以最大为dp[j]
公式差异:
dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);
初始化差异:
dp【0】=0
dp数组在推导的时候一定是取价值最大的数,如果题目给的价值都是正整数那么非0下标都初始化为0就可以了。
这样才能让dp数组在递归公式的过程中取的最大的价值,而不是被初始值覆盖了。
遍历顺序差异:
简单来说==在二维里,本格=正上方+左上方
因为压缩到了一维,需要保证 在更新前,正上方即本格,左上方即左侧上一轮的值
所以必须从右往左更新
416. 分割等和子集
力扣题目链接(opens new window)
题目难易:中等
给定一个只包含正整数的非空数组。是否可以将这个数组分割成两个子集,使得两个子集的元素和相等。
注意: 每个数组中的元素不会超过 100 数组的大小不会超过 200
示例 1:
- 输入: [1, 5, 11, 5]
- 输出: true
- 解释: 数组可以分割成 [1, 5, 5] 和 [11].
示例 2:
- 输入: [1, 2, 3, 5]
- 输出: false
- 解释: 数组不能分割成两个元素和相等的子集.
提示:
- 1 <= nums.length <= 200
- 1 <= nums[i] <= 100
分析:
类似于放入问题
目标是,可以放入多项,使总和为sum/2
背包问题,大家都知道,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] 。每件物品只能用一次,求解将哪些物品装入背包里物品价值总和最大。
背包问题有多种背包方式,常见的有:01背包、完全背包、多重背包、分组背包和混合背包等等。
要注意题目描述中商品是不是可以重复放入。
即一个商品如果可以重复多次放入是完全背包,而只能放入一次是01背包,写法还是不一样的。
要明确本题中我们要使用的是01背包,因为元素我们只能用一次。
回归主题:首先,本题要求集合里能否出现总和为 sum / 2 的子集。
要确定:背包的体积是?商品的价值是?商品的重量是?商品能否重复放入(决定背包类型)?
- 背包的体积为sum / 2
- 背包要放入的商品(集合里的元素)重量为 元素的数值,价值也为元素的数值
- 背包如果正好装满,说明找到了总和为 sum / 2 的子集。
- 背包中每一个元素是不可重复放入
动规五部曲分析如下:
确定dp数组以及下标的含义
dp[j]表示 背包总容量(所能装的总重量)是j,放进物品后,背的最大重量为dp[j]。
那么如果背包容量为target, dp[target]就是装满 背包之后的重量,所以 当 dp[target] == target 的时候,背包就装满了。
确定递推公式
01背包的递推公式为:dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);
本题,相当于背包里放入数值,那么物品i的重量是nums[i],其价值也是nums[i]。
所以递推公式:dp[j] = max(dp[j], dp[j - nums[i]] + nums[i]);
dp数组如何初始化
在01背包,一维dp如何初始化,已经讲过,
从dp[j]的定义来看,首先dp[0]一定是0。
如果题目给的价值都是正整数那么非0下标都初始化为0就可以了,如果题目给的价值有负数,那么非0下标就要初始化为负无穷。
顺序
如果使用一维dp数组,物品遍历的for循环放在外层,遍历背包的for循环放在内层,且内层for循环倒序遍历!
bool canPartition(int* nums, int numsSize) {
int sum=0,half;
int i,j;
for (i=0;i<numsSize;i++){
sum+=nums[i];
}
if(sum%2==1) return false;
half=sum/2;
int *dp=(int*)malloc(sizeof(int)*(half+1));
for(j=0;j<=half;j++){
dp[j]=0;
}
for (i=0;i<numsSize;i++){
for(j=half;j>=nums[i];j--){
dp[j]=fmax(dp[j], dp[j-nums[i]]+nums[i]);
}
}
return (dp[half]==half);
}