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演算法——揹包問題 01揹包+完全揹包+多重揹包

01揹包:https://biancheng.love/problem/51/index

有n 種不同的物品,每個物品有兩個屬性,weight重量,value 價值,現在給一個容量為 w 的揹包,問最多可帶走多少價值的物品。  

int f[w+1];   //f[x] 表示揹包容量為x 時的最大價值  
for(int i = 1; i <= n;i++)
        {
            for(long long j = weight[i]; j <= m; j++)
            {
                f[j] = max(f[j], f[j - weight[i]] + value[i]);
                /*
                long long tmp = f[j - weight[i]] + value[i];
                if(f[j] < tmp)
                    f[j] = tmp;
                */
            }
        }


V=10,N=3,c[]={3,4,5}, w={4,5,6}

(1)揹包不一定裝滿

      計算順序是:從右往左,自上而下:因為每個物品只能放一次,前面的體積小的會影響體積大的

(2)揹包剛好裝滿    

      計算順序是:從右往左,自上而下。注意初始值,其中-inf表示負無窮


完全揹包:https://biancheng.love/problem/100/index

如果物品不計件數,就是每個物品不只一件的話,稍微改下即可  

for (int i = 1; i <= n; i++)
        {
            for (int j = m; j >= weight[i]; j--)
                f[j] = max(f[j], f[j - weight[i]] + value[i]);
        }


 f[w] 即為所求  
        初始化分兩種情況:
        1、如果揹包要求正好裝滿則初始化 f[0] = 0, f[1~w] = -INF;  

        2、如果不需要正好裝滿 f[0~v] = 0;  

V=10,N=3,c[]={3,4,5}, w={4,5,6}

(1)揹包不一定裝滿

計算順序是:從左往右,自上而下:  每個物品可以放多次,前面的會影響後面的

(2)揹包剛好裝滿

計算順序是:從左往右,自上而下。注意初始值,其中-inf表示負無窮


多重揹包:https://biancheng.love/problem/122/index

多重揹包問題要求很簡單,就是每件物品給出確定的件數,求

可得到的最大價值  
         多重揹包轉換成 01 揹包問題就是多了個初始化,把它的件數C 用二進位制分解成若干個件數的集合,這裡面數字可以組合成任意小於等於C的件數,而且不會重複,之所以叫二進位制分解,是因為這樣分解可以用數字的二進位制形式來解釋  
       比如:7的二進位制 7 = 111 它可以分解成 001 010 100 這三個數可以組合成任意小於等於7 的數,而且每種組合都會得到不同的數  
       15 = 1111 可分解成 0001  0010  0100  1000 四個數字  
        如果13 = 1101 則分解為 0001 0010 0100 0110 前三個數字可以組合成  7以內任意一個數,即1、2、4可以組合為1——7內所有的數,加上 0110 = 6 可以組合成任意一個大於6 小於等於13的數,比如12,可以讓前面貢獻6且後面也貢獻6就行了。雖然有重複但總是能把 13 以內所有的數都考慮到了,基於這種思想去把多件物品轉換為,多種一件物品,就可用01 揹包求解了。 

看程式碼:  

  1. int n;  //輸入有多少種物品
  2. int c;  //每種物品有多少件
  3. int v;  //每種物品的價值
  4. int s;  //每種物品的尺寸
  5. int count = 0; //分解後可得到多少種物品
  6. int value[MAX]; //用來儲存分解後的物品價值
  7. int size[MAX];  //用來儲存分解後物品體積
  8. scanf("%d", &n);    //先輸入有多少種物品,接下來對每種物品進行分解
  9. while (n--)     //接下來輸入n中這個物品
  10. {  
  11.     scanf("%d%d%d", &c, &s, &v);  //輸入每種物品的數目和價值
  12.     for (int k=1; k<=c; k<<=1)   //<<右移 相當於乘二
  13.     {  
  14.         value[count] = k*v;  
  15.         size[count++] = k*s;  
  16.         c -= k;  
  17.     }  
  18.     if (c > 0)  
  19.     {  
  20.         value[count] = c*v;  
  21.         size[count++] = c*s;  
  22.     }  
  23. }  


定理:一個正整數n可以被分解成1,2,4,…,2^(k-1),n-2^k+1(k是滿足n-2^k+1>0的最大整數)的形式,且1~n之內的所有整數均可以唯一表示成1,2,4,…,2^(k-1),n-2^k+1中某幾個數的和的形式。

證明如下:

(1) 數列1,2,4,…,2^(k-1),n-2^k+1中所有元素的和為n,所以若干元素的和的範圍為:[1, n];

(2)如果正整數t<= 2^k – 1,則t一定能用1,2,4,…,2^(k-1)中某幾個數的和表示,這個很容易證明:我們把t的二進位制表示寫出來,很明顯,t可以表示成n=a0*2^0+a1*2^1+…+ak*2^(k-1),其中ak=0或者1,表示t的第ak位二進位制數為0或者1.

(3)如果t>=2^k,設s=n-2^k+1,則t-s<=2^k-1,因而t-s可以表示成1,2,4,…,2^(k-1)中某幾個數的和的形式,進而t可以表示成1,2,4,…,2^(k-1),s中某幾個數的和(加數中一定含有s)的形式。

(證畢!)



        現在用count 代替 n 就和01 揹包問題完全一樣了  

 

可參考杭電2191(多重揹包用01和完全揹包)