動態規劃 揹包問題 P02 完全揹包

2021-08-17 22:49:42 字數 1950 閱讀 9958

完全揹包問題也是乙個相當基礎的揹包問題,它有兩個狀態轉移方程,分別在「基本思路」以及「o(vn)的演算法「的小節中給出。

有n種物品和乙個容量為v的揹包,每種物品都有無限件可用。第i種物品的體積是w[i],價值是c[i]。求解將哪些物品裝入揹包可使這些物品的費用總和不超過揹包容量,且價值總和最大。

這個問題非常類似於01揹包問題,所不同的是每種物品有無限件。也就是從每種物品的角度考慮,與它相關的策略已並非取或不取兩種,而是有取0件、取1件、取2件……等很多種。

如果仍然按照解01揹包時的思路,令f[i][v]表示前i種物品恰放入乙個容量為v的揹包的最大權值。仍然可以按照每種物品不同的策略寫出狀態轉移方程,像這樣:f[i][v]=max (0<=k*w[i]<=v)

這跟01揹包問題一樣有o(n*v)個狀態需要求解,但求解每個狀態的時間已經不是常數了,求解狀態f[i][v]的時間是o(v/w[i]),總的複雜度是超過o(vn)的。

將01揹包問題的基本思路加以改進,得到了這樣乙個清晰的方法。這說明01揹包問題的方程的確是很重要,可以推及其它型別的揹包問題。但我們還是試圖改進這個複雜度。

若兩件物品i、j滿足w[i]<=w[j]且c[i]>=c[j],則將物品j去掉,不用考慮。

原因:任何情況下都可將價值小費用高得j換成物美價廉的i,得到至少不會更差的方案。對於隨機生成的資料,這個方法往往會大大減少物品的件數,從而加快速度。然而這個並不能改善最壞情況的複雜度,因為有可能特別設計的資料可以一件物品也去不掉。

這個優化可以簡單的o(n^2)地實現,一般都可以承受。

另外,針對揹包問題而言,比較不錯的一種方法是:首先將費用大於v的物品去掉,然後使用類似計數排序的做法,計算出費用相同的物品中價值最高的是哪個,可以o(v+n)地完成這個優化。

既然01揹包問題是最基本的揹包問題,那麼我們可以考慮把完全揹包問題轉化為01揹包問題來解。

最簡單的想法是,考慮到第i種物品最多選v/w[i]件,於是可以把第i種物品轉化為v/w[i]件費用及價值均不變的物品,然後求解這個01揹包問題。

雖然這樣沒有改進基本思路的時間複雜度,但這給了我們將完全揹包問題轉化為01揹包問題的思路:將一種物品拆成多件物品。

更高效的轉化方法是:將第i種物品拆成費用為w[i]*2^k、價值為c[i]*2^k的若干件物品,其中k滿足w[i]*2^k<=v

原因:這是二進位制的思想,不管最優策略選幾件第i種物品,總可以表示成若干個2^k件物品的和。這樣把每種物品拆成o(log(v/w[i]))件物品,是乙個很大的改進。

這個演算法使用一維陣列

偽**

for i=1..n

for v=0..v

f[v]=max

你會發現,這個偽**與p01的偽**只有v的迴圈次序不同而已。為什麼這樣一改就可行呢?

首先想想為什麼p01中要按照v=v..0的逆序來迴圈。這是因為要保證第i次迴圈中的狀態f[i][v]是由狀態f[i-1][v-w[i]]遞推而來。換句話說,這正是為了保證每件物品只選一次,保證在考慮「選入第i件物品」這件策略時,依據的是乙個絕無已經選入第i件物品的子結果f[i-1][v-w[i]]。而現在完全揹包的特點恰是每種物品可選無限件,所以在考慮「加選一件第i種物品」這種策略時,卻正需要乙個可能已選入第i種物品的子結果f[i][v-w[i]],所以就可以並且必須採用v=0..v的順序迴圈。這就是這個簡單的程式為何成立的道理。

這個演算法也可以以另外的思路得出。

例如,基本思路中的狀態轉移方程可以等價地變形成這種形式:f[i][v]=max

將這個方程用一維陣列實現,便得到了上面的偽**。

最後抽象出處理一件完全揹包類物品的過程偽**

procedure completepack(cost,weight)

for v=weight..v

f[v]=max{f[v],f[v-weight]+cost

動態規劃揹包問題 完全揹包

問題描述 有n種物品,每種均有無窮多個。第i個物品的體積為vi,重量為wi。選一些物品裝到容量為c的揹包中,使得揹包內物品在總體積不超過c的前提下重量盡量大。問題分析 開乙個陣列f i j 表示前i種物品中選取若干件物品放入剩餘空間為j的揹包中所能得到的最大重量。每種物品無窮個,所以還要有乙個k遍歷...

動態規劃 揹包問題 完全揹包

有n種物品和乙個容量為v的揹包,每種物品都有無限件可用。第i種物品的費用是w i 價值是v i 求解將哪些物品裝入揹包可使這些物品的費用總和不超過揹包容量,且價值總和最大。貪心 y or n 因為每件物品都可以選取任意件,你也許會想到貪心演算法 選取價值最高的就好了 看上去沒什麼毛病,但是有乙個問題...

動態規劃揹包問題 完全揹包

問題背景描述 你有乙個容量為v的揹包,現在有n種物品供你選擇,每件物品可以選擇無數次,每種物品所佔的空間為c i 價值為v i 現在讓你作出最佳方案,使揹包中的總價值最大。有了之前01揹包的基礎,我們很快就能寫出完全揹包的狀態轉移方程 f i j max 但是這樣的時間複雜度就很大了o v v c ...