算法日记 32 day 动态规划(完全背包)

news2024/11/23 13:22:17

同样是背包问题,但01背包和完全背包是两个类型的问题。

完全背包:

        完全背包与01背包的区别在于物品的个数是否是无限的。除此之外,在解决01背包的时候dp的背包遍历的顺利是倒序,为的是保证物品只被添加一次,而完全背包因为物品是无限的,所以遍历顺序也是正序。

注意:

如果求组合数就是外层for循环遍历物品,内层for遍历背包

如果求排列数就是外层for遍历背包,内层for循环遍历物品

我们题目来举例

题目:携带研究材料(第七期模拟笔试)

52. 携带研究材料(第七期模拟笔试) (kamacoder.com)

题目描述

小明是一位科学家,他需要参加一场重要的国际科学大会,以展示自己的最新研究成果。他需要带一些研究材料,但是他的行李箱空间有限。这些研究材料包括实验设备、文献资料和实验样本等等,它们各自占据不同的重量,并且具有不同的价值。

小明的行李箱所能承担的总重量是有限的,问小明应该如何抉择,才能携带最大价值的研究材料,每种研究材料可以选择无数次,并且可以重复选择。

输入描述

第一行包含两个整数,n,v,分别表示研究材料的种类和行李所能承担的总重量 

接下来包含 n 行,每行两个整数 wi 和 vi,代表第 i 种研究材料的重量和价值

输出描述

输出一个整数,表示最大价值。

题目分析:
#include<iostream>
#include<string>
#include<vector>

using namespace std;

int main(){
    
    vector<int> weight;
    vector<int> value;
    int n;
    int v;
    cin>>n>>v;
    
    for(int i=0;i<n;i++){
        int w;
        int v;
        cin >> w >> v;
        weight.push_back(w);
        value.push_back(v);
    }
    
    vector<int> dp(v+1,0);
    
    for(int j = 0; j <= v; j++) { // 遍历背包容量
        for(int i = 0; i < weight.size(); i++) { // 遍历物品
            if (j - weight[i] >= 0) dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);
        }
    }
    cout << dp[v] << endl;
    
}

 题目:零钱兑换 2

518. 零钱兑换 II - 力扣(LeetCode)

给你一个整数数组 coins 表示不同面额的硬币,另给一个整数 amount 表示总金额。

请你计算并返回可以凑成总金额的硬币组合数。如果任何硬币组合都无法凑出总金额,返回 0 。

假设每一种面额的硬币有无限个。 

题目数据保证结果符合 32 位带符号整数。

示例 1:

输入:amount = 5, coins = [1, 2, 5]
输出:4
解释:有四种方式可以凑成总金额:
5=5
5=2+2+1
5=2+1+1+1
5=1+1+1+1+1
 题目分析:

        一堆的物品去刚好装满一个背包,很明显的背包问题,并且是无限的,完全背包。跟着五部曲走。

dp[i][j]:从0-i的金额中任选刚好能凑出金额为J的方式数。

递推公式

背包问题都打差不差,二维数组的解法分为带I和不带I的两种方式

带i:dp[i][j]=dp[i-1][j]

不带i:dp[i][j]=dp[i][j-nums[i]]

初始化

我们可以画图分析一下就能看出来行和列的初始化值了

一维数组的优化这里就不赘述了

//二维数组
public class Solution {
    public int Change(int amount, int[] coins) {
        //dp[i][j]表示从0-i中任取能凑成j的方式
        int[,] dp=new int[coins.Length,amount+1];
        //初始化第一列
        for(int i=0;i<coins.Length;i++){
            dp[i,0]=1;
        }
        //初始化第一行
        for(int i=coins[0];i<=amount;i++){
            dp[0,i]=dp[0,i]+dp[0,i-coins[0]];//不加i和加i的和
        }

        for(int i=1;i<coins.Length;i++){//遍历物品
            for(int j=1;j<=amount;j++){//遍历背包
                if(j < coins[i]) 
                    dp[i,j] = dp[i-1,j];
                else
                    dp[i,j]=dp[i,j-coins[i]]+dp[i-1,j];
            }
        }
        return dp[coins.Length-1,amount];
    }
}



//一维数组
public class Solution {
    public int Change(int amount, int[] coins) {
        //dp[i] 表示从出金额I的方式数量
        int[] dp=new int[amount+1];
        dp[0]=1;
        for(int i=0;i<coins.Length;i++){
            for(int j=coins[i];j<=amount;j++){
                if(j>=coins[i])
                    dp[j]=dp[j]+dp[j-coins[i]];
            }
        }
        return dp[amount];
    }
}

题目:组合总和 4

377. 组合总和 Ⅳ - 力扣(LeetCode)

给你一个由 不同 整数组成的数组 nums ,和一个目标整数 target 。请你从 nums 中找出并返回总和为 target 的元素组合的个数。

题目数据保证答案符合 32 位整数范围

题目分析:

         这一题就是上一题的换一种问法,都一样的。直接看代码。需要注意的是,本题求得是组合数,对于背包与物品得遍历顺序有要求,先背包在物品,这一点和求排列数相反

public class Solution {
    public int CombinationSum4(int[] nums, int target) {
        int[] dp=new int[target+1];
        dp[0]=1;
        for(int j=1;j<=target;j++){
            for(int i=0;i<nums.Length;i++){
                if(j>=nums[i]){
                    dp[j]=dp[j]+dp[j-nums[i]];
                }
            }
        }
        return dp[target];
    }
}

题目:爬楼梯(进阶版)

57. 爬楼梯(第八期模拟笔试) (kamacoder.com)

题目描述

假设你正在爬楼梯。需要 n 阶你才能到达楼顶。 

每次你可以爬至多m (1 <= m < n)个台阶。你有多少种不同的方法可以爬到楼顶呢? 

注意:给定 n 是一个正整数。

输入描述

输入共一行,包含两个正整数,分别表示n, m

输出描述

输出一个整数,表示爬到楼顶的方法数。

 题目分析:

        这一次是求得排列,注意遍历顺序,这一题和之前的爬楼梯问题区别就在于每次至多上的阶梯数,如果这里的M为2其实就是爬楼梯那一题。

#include<iostream>
#include<vector>

using namespace std;

int main(){
    int n,m;
    while (cin >> n >> m) {
        
        vector<int>dp(n+1,0);
        dp[0]=1;
        for(int i=1;i<=n;i++){
            for(int j=1;j<=m;j++){
                if(i>=j){
                    dp[i]=dp[i]+dp[i-j];
                }
            }
        }
        cout << dp[n] << endl;
    }
}

题目:零钱兑换

322. 零钱兑换 - 力扣(LeetCode)

给你一个整数数组 coins ,表示不同面额的硬币;以及一个整数 amount ,表示总金额。

计算并返回可以凑成总金额所需的 最少的硬币个数 。如果没有任何一种硬币组合能组成总金额,返回 -1 。

你可以认为每种硬币的数量是无限的。

题目分析:

        还是凑一个数,不过要求个数最少,所以在初始化的时候需要注意,初始化的值不能影响到dp的求解。

public class Solution {
    public int CoinChange(int[] coins, int amount) {
        int max=int.MaxValue/2;
        int[] dp=new int[amount+1];//表示凑出I的最少硬币数为dp[i]
        for(int i=0;i<dp.Length;i++){//初始化
            dp[i]=max;
        }
        dp[0]=0;
        
        for(int i=0;i<coins.Length;i++){
            for(int j=coins[i];j<=amount;j++){
                if(dp[j - coins[i]] != max){
                    dp[j]=Math.Min(dp[j-coins[i]]+1,dp[j]);
                }
            }
        }
        if(dp[amount]==max) return -1;
        return dp[amount];
    }
}

 题目:完全平方数

279. 完全平方数 - 力扣(LeetCode)

给你一个整数 n ,返回 和为 n 的完全平方数的最少数量 。

完全平方数 是一个整数,其值等于另一个整数的平方;换句话说,其值等于一个整数自乘的积。例如,149 和 16 都是完全平方数,而 3 和 11 不是。

题目分析:

        还是完全背包的问题,不过i和j都取决于同一个数n,其他部分也都差不多。和上一题一样的。

public class Solution {
    public int NumSquares(int n) {
        int max=int.MaxValue;
        int[] dp=new int[n+1];
        Array.Fill(dp,max);
        dp[0]=0;
        for(int i=1;i<=n;i++){
            for(int j=i*i;j<=n;j++){
                dp[j]=Math.Min(dp[j-i*i]+1,dp[j]);
            }
        }
        return dp[n];
    }
}

 题目:单词拆分

139. 单词拆分 - 力扣(LeetCode)

给你一个字符串 s 和一个字符串列表 wordDict 作为字典。如果可以利用字典中出现的一个或多个单词拼接出 s 则返回 true

注意:不要求字典中出现的单词全部都使用,并且字典中的单词可以重复使用。

题目分析:

单词就是物品,字符串s就是背包,单词能否组成字符串s,就是问物品能不能把背包装满。

五部曲分析:

  1. 确定dp数组以及下标的含义

dp[i] : 字符串长度为i的话,dp[i]为true,表示可以拆分为一个或多个在字典中出现的单词

  1. 确定递推公式

如果确定dp[j] 是true,且 [j, i] 这个区间的子串出现在字典里,那么dp[i]一定是true。(j < i )。

所以递推公式是 if([j, i] 这个区间的子串出现在字典里 && dp[j]是true) 那么 dp[i] = true。

  1. dp数组如何初始化

从递推公式中可以看出,dp[i] 的状态依靠 dp[j]是否为true,那么dp[0]就是递推的根基,dp[0]一定要为true,否则递推下去后面都都是false了。

public class Solution {
    public bool WordBreak(string s, IList<string> wordDict) {
        var words=new HashSet<string>(wordDict);
        bool[] dp=new bool[s.Length+1];
        dp[0]=true;
        for(int i=1;i<=s.Length;i++){
            for(int j=0;j<i;j++){
                if(dp[j]&&words.Contains(s.Substring(j,i-j))){
                    dp[i]=true;
                    break;
                }
            }
        }
        return dp[s.Length];
    }
}

多重背包

有N种物品和一个容量为V 的背包。第i种物品最多有Mi件可用,每件耗费的空间是Ci ,价值是Wi 。求解将哪些物品装入背包可使这些物品的耗费的空间 总和不超过背包容量,且价值总和最大。

多重背包和01背包是非常像的, 为什么和01背包像呢?

每件物品最多有Mi件可用,把Mi件摊开,其实就是一个01背包问题了。

这里只做了解,不多介绍。

背包问题总结       

01背包

        对于二维解法,二维dp数组01背包先遍历物品还是先遍历背包都是可以的,且第二层for循环是从小到大遍历。

        对于一维解法,一维dp数组01背包只能先遍历物品再遍历背包容量,且第二层for循环是从大到小遍历。

多重背包

        纯完全背包的一维dp数组实现,先遍历物品还是先遍历背包都是可以的,且第二层for循环是从小到大遍历。

        但是仅仅是纯完全背包的遍历顺序是这样的,题目稍有变化,两个for循环的先后顺序就不一样了。

如果求组合数就是外层for循环遍历物品,内层for遍历背包

如果求排列数就是外层for遍历背包,内层for循环遍历物品

 

对于更详细的解析与其他语言的代码块,可以去代码随想录上查看。

代码随想录 (programmercarl.com)

已刷题目:104

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