背包问题汇总
01背包问题(easy)
有 N 件物品和一个容量是 V 的背包。==每件物品只能使用一次==。
第 i 件物品的体积是 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，分别表示物品数量和背包容积。
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件物品的体积和价值。
输出格式
输出一个整数，表示最大价值。
数据范围
0<N,V≤10000
0<vi, wi ≤10000
输入样例
4 5
1 2
2 4
3 4
4 5
输出样例：
8
用集合和状态DP分析:
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <cstdio>
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N = 1010;
int v[N], w[N]; // 体积和价值
int f[N][N]; // f[i][j], j体积下前i个物品的最大价值
int main() {
int n, m;
cin >> n >> m; // n件物品和背包容量m
for (int i = 1; i <= n; i++)
cin >> v[i] >> w[i];
for (int i = 1; i <= n; i++)
for (int j = 0; j <= m; j++) { // 此物品有选与不选两种情况
if (j < v[i]) { // 如果背包容量比这件物品的体积还小
f[i][j] = f[i - 1][j];
} else
f[i][j] = max(f[i - 1][j - v[i]] + w[i], f[i - 1][j]);
// 第2种写法
// f[i][j] = f[i - 1][j];
//if(j > v[i]) f[i][j] = max(f[i-1][j-v[i]] + w[i], f[i][j]);
}
// f[i][j] 表示 体积为j下前i个物品的价值最大值
cout << f[n][m] << endl;
return 0;
}
// f[i-1][j] 可以看作是上一次循环计算的结果，因为只用到了一次，可以直接变为一维数组优化空间
// 优化版本
#include<iostream>
#include<cstdio>
using namespace std;
const int N = 1010;
int v[N], w[N];
int f[N];
int main()
{
int n, m;
cin >> n >>m;
for(int i = 1; i <= n;i++)
cin >> v[i] >> w[i];
for(int i = 1;i <= n;i++)
for(int j = m; j >= v[i];j--) // 逆序保证f[j-v[i]]是上一层的
{
f[j] = max(f[j - v[i]] + w[i],f[j]);
}
// m m-1 m-2 .... v[i] 从大到小,如果不逆序，那么f[j-v[i]]是在第i层更新过的
cout << f[m]<< endl;
return 0;
}
==优化分析==
看上面的输出数据, 我们会发现其实二维表里有很多重复的. 这是因为, 从递归式的特点来看, 我们只是基于第i-1层对第i层做了更新, 而第i-1层该是什么样还是什么样.
换言之, 我们只需要知道最后一层的情况, 而不需要存储之前的结果.
看上面的表格, 其实我们最后输出的是最右下角的值.
我们这个时候可以得到一个递归式
f[v]=max{f[v], f[v-vi]+wi}
理解起来, 是和上面讲的一样的.
但是, 在具体的实现层面上, 有一个很反直觉的点:
不同于二维dp的双重循环, 空间优化版本的内层循环必须是逆序的.
如果这一点理解了, 整个程序的实现就非常容易了.
==为什么优化要逆序==
因为我们采用的是一维数组，每次都是更新此数组的每个数，我们要取得是最后一个数，因为 f[j] 要看数组前面的下标 j-v[i]，假设我们体积 j 从0开始遍历，设此时遍历到10，数组前面的数都已经在这一层更新过了，那就会出现错误了，应该让后面的下标最先遍历，后面下标遍历了一遍就用不到了。
完全背包问题
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，VN，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,wivi,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≤10000<N,V≤1000
0<vi,wi≤10000<vi,wi≤1000
输入样例
4 5
1 2
2 4
3 4
4 5
输出样例：
10
简单写法:
#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;
const int N = 1010;
int v[N], w[N];
int f[N][N]; // f[i][j]表示从前i个物品中选且 V <= j 最大价值，每件物品可重复选取
int main()
{
int n, m; // 物品总数和背包容积
cin >> n >> m;
for(int i = 1; i <= n;i++) cin >> v[i] >> w[i];
for(int i = 1; i <= n;i++)
for(int j = 0; j <= m;j++)
{
f[i][j] = f[i - 1][j]; // 第i件物品一件也不取
if(j >= v[i])
{
f[i][j] = max(f[i][j], f[i][j - v[i]] + w[i]);
}
}
cout << f[n][m];
return 0;
}
优化写法
#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;
const int N = 1010;
int v[N], w[N];
int f[N]; // f[i][j]表示从前i个物品中选且 V <= j 最大价值，每件物品可重复选取
int main()
{
int n, m; // 物品总数和背包容积
cin >> n >> m;
for(int i = 1; i <= n;i++) cin >> v[i] >> w[i];
for(int i = 1; i <= n;i++)
for(int j = v[i]; j <= m;j++) // 不需处理逆序
{
f[j] = max(f[j], f[j - v[i]] + w[i]);
}
cout << f[m];
return 0;
}
多重背包问题(数量固定)
有 N 种物品和一个容量是 V 的背包。
第 i 种物品==最多有 s 件==，每件体积是 vi，价值是 wi。
求解将哪些物品装入背包，可使物品体积总和不超过背包容量，且价值总和最大。
输出最大价值。
输入格式
第一行两个整数，N，VN，V，用空格隔开，分别表示物品种数和背包容积。
接下来有 NN 行，每行三个整数 vi,wi,sivi,wi,si，用空格隔开，分别表示第 ii 种物品的体积、价值和数量。
输出格式
输出一个整数，表示最大价值。
数据范围
0<N,V≤1000<N,V≤100
0<vi,wi,si≤1000<vi,wi,si≤100
输入样例
4 5
1 2 3
2 4 1
3 4 3
4 5 2
输出样例：
10
本题是01背包问题的一个演化，01背包问题中一个背包只有选与不选两种情况，在多重背包问题中每个背包(有s个背包)s+1种选取方法,只要再加1个循环循环取得数量即可。
#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;
const int N = 110;
int v[N], w[N], s[N];
int f[N]; // f[i]表示体积为i的背包可以获得的最大价值
int main()
{
int n, m; // 物品总数和背包容积
cin >> n >> m;
for(int i = 1; i <= n;i++) cin >> v[i] >> w[i] >> s[i];
for(int i = 1; i <= n;i++)
for(int j = m; j >= v[i];j--) // 从m开始
{
for(int k = 1; k <= s[i] && k * v[i] <= j;k++)
f[j] = max(f[j], f[j - k * v[i]] + k * w[i]);
}
cout << f[m];
return 0;
}
标准朴素写法
#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;
const int N = 110;
int v[N], w[N], s[N];
// f[i][j] 表示前i件物品总重量(且总重量 <= j)的最大价格
int f[N][N];
int n, m;
int main(){
cin >> n >> m;
for(int i = 1; i <= n; i ++) cin >> v[i] >> w[i] >> s[i];
for(int i = 1; i <= n; i ++){
for(int j = 0; j <= m; j ++){
for(int k = 0; k <= s[i]; k ++){ // 遍历物品的数量
if(j >= k * v[i]){
f[i][j] = max(f[i][j], f[i - 1][j - k * v[i]] + k * w[i]);
// max 里面也包含了f[i - 1][j]，所以前面可以省
}
}
}
}
cout << f[n][m] << endl;
return 0;
}
多重背包二进制优化
由于物品数量太大，而且遍历物品数量时有很多不必要的循环，用二进制进行优化
比如 数量200 = 1 + 2 + 4 + 8 + 16 + 32 + 64 + 73 ,将二进制数的进行打包成一个新的物品拥有新的体积和价值
[HTML_REMOVED]这样做得原因是我们不需要一遍一遍的从1到200去遍历数量，二进制数可以凑出1 ~200的任何数量。[HTML_REMOVED]将每个物品拆分成新的物品。
转化为了01背包问题，拆分的物品只能用一次
#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;
const int N = 12010, M = 2010; // N * log(s) 1000 * 12
int v[N], w[N];
int f[M];
int n,m;
int main() {
cin >> n >> m;
int cnt = 0;
for(int i = 1; i <= n;i++) {
int a, b, s;
cin >> a >> b >> s; // 体积 价值 数量
int k = 1;
while(k <= s) {
cnt ++;
v[cnt] = a * k;
w[cnt] = b * k;
s -= k;
k *= 2;
}
if(s > 0) {
cnt ++;
v[cnt] = a * s;
w[cnt] = b * s;
}
}
// 转换为01背包问题
n = cnt;
for(int i = 1; i <= n;i ++)
for(int j = m; j >= v[i]; j --)
f[j] = max(f[j], f[j - v[i]] + w[i]);
cout << f[m] << endl;
return 0;
}
