javaScript实现动态规划(Dynamic Programming)01背包问题

2023-11-29 17:14:44 浏览数 (1)

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前言

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动态规划(Dynamic Programming,DP)是运筹学的一个分支,是求解决策过程最优化的过程。

问题描述


01背包问题是一个经典的算法问题,简单来说就是一个包要装许多水果,水果有体积和大小两个属性,怎么把包装满价值最大(最值钱)。 专业描述问题:有N件物品和一个容量为v的背包,第i件物品的体积是ci,价值是wi,求将那些物品怎么装进背包使价值总和最大。 注意:物品只能取一次或者不取,不能多次获取

原理

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代码语言:javascript复制
f(i,c) = math.Max( f(i-1,c),(f(i-1,c-w[i])   v[i])) //取最大值

枚举第i个物品,选还是不选

  • 选:容量减少了wi
  • 不选:剩余容量不变

然后需要考虑在剩余容量为c的情况下,从前i个物品中能得到的最大价值和。

  • 不选:在剩余容量为c时,从前i-1个物品中获得最大价值和
  • 选:在剩余容量为c-wi的时候,从前i-1个物品中获取最大价值和 最终取两者的最大值

案例

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背包的最大容量为6,其他物品信息如下:

体积

价值

葡萄

2

3

矿泉水

3

5

西瓜

4

6

根据背包容量从0-6以及物品,初始化表格。

第0行在任何容量体积下,没有任何物品,所以都为0,即前0个物品装进背包的价值都为0 。 对于第0列来说,因为背包容量为0,所以任何物品都不能装进背包,所以价值都为0,即第0列数据都为0。虽然是第0行第0列,但是都是在各自限制条件下的最优解。

  • 分析第一行第一列的单元格 在背包容量最大为1的条件下,对前一种物品取舍选择后获得的最大价值。在考虑单元格的时候需要进行判断:新纳入考量的物品是否超过背包的总容量。第一行第一列这里新纳入的物品为葡萄,葡萄的体积(2)大于背包体积(1),所以放不进去。 我们已经计算出不考虑葡萄时候,最大价值为0 ,此时我们的最优解继承自其上方单元格也就是(0,1)的值
  • 分析第一行第二列的单元格 在背包容量最大为2的条件下,对前一种物品取舍选择后获得的最大价值。此时物体体积等于背包体积,此时不能继承上方单元格的值,也就是不能继承(0,2)的数据。此时需要比较两种数据的大小:
    • 不考虑新纳入物品(也就是说不考虑此时葡萄获得的最优解),这个最优解为上方单元格的最优解(第0个物品在背包体积为2的情况的最优解:0)
    • 背包容量为2的情况下,对前一种物品取舍选择后获得的最大价值,此时刚好可以放进背包,那么问题就变成了背包容量为0的情况下对前一种物品取舍选择后获得的最大价值 当前物品的价值(此时为葡萄

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