01-背包问题及相关应用

2019-06-11 16:59:19 浏览数 (1)

问题描述:

有 N 件物品和一个容量为 C 的背包。第 i 件物品的重量是 wi,价值是 vi。求解将哪些物品装入背包可使这些物品的重量总和不超过背包容量,且价值总和最大。如:

物品 i

重量 w

价值 v

1

2

3

2

3

4

3

4

5

4

5

6

其中 N = 4,C = 8, 则最大价值为 10(即把物品 2 和 4 放入背包)。

解题思路:

01-背包问题适合用动态规划求解,用 dpi 表示前 i 个物品放入容量为 j 的背包中的最大价值,因此此问题变成一个填表问题。如上述例子,dp4 就是最后的答案。

关键是找到状态转移方程。假设现在要计算 dpi,那么分为两种情况:

  • 如果当前容量 j 小于第 i 件物品的重量(j < wi),则说明第 i 件物品肯定无法放入背包,那么此背包还是只有前 i-1 个物品,即 dp[i][j] = dp[i-1][j]
  • 如果当前容量 j 大于等于第 i 件物品的重量(j ≥ wi),则说明第 i 件物品有放入背包的基本条件。那么到底能不能放要取决于第 i 件物品的加入能否使得总价值最大。如果不能最大化总价值,那么还是 dp[i][j] = dp[i-1][j],表示不放入第 i 件物品;如果可以最大化总价值,那么 dp[i][j] = dp[i-1][j-w[i]] v[i]这里的 dp[i-1][j-w[i]] 为装入第 i 件物品之前的状态。

如上述例子,从上到下填表如下(第一行和第一列为边界条件初始化):

Python3 实现:
代码语言:javascript复制
class Solution:
    def knapsack01(self, N, w, v, C):
        '''
        @param N: int, 物品总数
        @param w: List, 物品重量
        @param v: List, 物品价值
        @param C: int, 背包容量
        '''
        dp = [[0] * (C   1) for _ in range(N   1)]
        for i in range(1, N   1):
            for j in range(1, C   1):
                if j < w[i-1]:
                    dp[i][j] = dp[i-1][j]
                else:
                    dp[i][j] = max(dp[i-1][j], dp[i-1][j-w[i-1]]   v[i-1])
        return dp[-1][-1]

N = 4
w = [2,3,4,5]
v = [3,4,5,6]
C = 8
print(Solution().knapsack01(N, w, v, C))  # 10
与01-背包相关的Leetcode题目:

416:判断一个数组是否可以划分成两个相等的子集和

0 人点赞