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动态规划与回溯法解决0-1背包问题

动态规划与回溯法解决0-1背包问题

0-1背包动态规划解决问题一、问题描述:有n个物品,它们有各自的重量和价值,现有给定容量的背包,如何让背包里装入的物品具有最大的价值总和?二、总体思路:根据动态规划解题步骤(问题抽象化、建立模型、寻找约束条件、判断是否满足最优性原理、找大问题与小问题的递推关系式、填表、寻找解组成)找出01背包问题的最优解以及解组成,然后编写代码实现。

原理:动态规划与分治法类似,都是把大问题拆分成小问题,通过寻找大问题与小问题的递推关系,解决一个个小问题,最终达到解决原问题的效果。

但不同的是,分治法在子问题和子子问题等上被重复计算了很多次,而动态规划则具有记忆性,通过填写表把所有已经解决的子问题答案纪录下来,在新问题里需要用到的子问题可以直接提取,避免了重复计算,从而节约了时间,所以在问题满足最优性原理之后,用动态规划解决问题的核心就在于填表,表填写完毕,最优解也就找到。

过程:a) 把背包问题抽象化(X1,X2,…,Xn,其中 Xi 取0或1,表示第i 个物品选或不选),V i表示第i 个物品的价值,W i表示第i 个物品的体积(重量);b) 建立模型,即求max(V1X1+V2X2+…+VnXn);c) 约束条件,W1X1+W2X2+…+WnXn<capacity;d) 定义V(i,j):当前背包容量j,前i 个物品最佳组合对应的价值;e) 最优性原理是动态规划的基础,最优性原理是指“多阶段决策过程的最优决策序列具有这样的性质:不论初始状态和初始决策如何,对于前面决策所造成的某一状态而言,其后各阶段的决策序列必须构成最优策略”。

判断该问题是否满足最优性原理,采用反证法证明:假设(X1,X2,…,Xn)是01背包问题的最优解,则有(X2,X3,…,Xn)是其子问题的最优解,假设(Y2,Y3,…,Yn)是上述问题的子问题最优解,则理应有(V2Y2+V3Y3+…+V n Yn)+V1X1 > (V2X2+V3X3+…+VnXn)+V1X1;而(V2X2+V3X3+…+VnXn)+V1X1=(V1X1+V2X2+…+VnXn),则有(V2Y2+V3Y3+…+VnYn)+V1X1 > (V1X1+V2X2+…+VnXn);该式子说明(X1,Y2,Y3,…,Yn)才是该01背包问题的最优解,这与最开始的假设(X1,X2,…,Xn)是01背包问题的最优解相矛盾,故01背包问题满足最优性原理;f) 寻找递推关系式,面对当前商品有两种可能性:第一,包的容量比该商品体积小,装不下,此时的价值与前i-1个的价值是一样的,即V(i,j)=V(i-1,j);第二,还有足够的容量可以装该商品,但装了也不一定达到当前最优价值,所以在装与不装之间选择最优的一个,即V(i,j)=max{V(i-1,j),V(i-1,j-w(i))+v(i) }其中V(i-1,j)表示不装,V(i-1,j-w(i))+v(i) 表示装了第i个商品,背包容量减少w(i)但价值增加了v(i);由此可以得出递推关系式:1) j<w(i) V(i,j)=V(i-1,j)2) j>=w(i) V(i,j)=max{ V(i-1,j),V(i-1,j-w(i))+v(i) }number=4,capacity=7四、构造最优解:最优解的构造可根据C列的数据来构造最优解,构造时从第一个物品开始。

背包问题回溯法

背包问题回溯法

背包问题回溯法背包问题回溯法是一种用于解决背包问题的算法。

背包问题是一个经典的组合优化问题,在许多领域都有广泛的应用。

它的基本形式是在给定一组物品和一个容量为C的背包的情况下,选择将哪些物品放入背包中,以使得放入背包中物品的总价值最大。

回溯法是一种通过搜索所有可能的解空间来求解问题的算法。

在背包问题中,回溯法通过递归地尝试将物品放入背包或不放入背包来寻找最优解。

具体而言,回溯法从问题的初始状态开始,根据问题的约束条件和目标函数的要求,逐步生成问题的解空间,并通过剪枝策略来减少搜索空间的规模,直到找到问题的最优解或无解。

在使用回溯法解决背包问题时,需要定义一个递归函数来实现搜索过程。

该函数的输入参数包括当前已选择的物品、当前已选择物品的总价值、当前已选择物品的总重量、剩余物品的可选范围、剩余背包容量等等。

在函数的实现中,首先需要判断当前选择的物品是否满足约束条件,如果满足则继续递归地对剩余的物品进行选择;如果不满足,则进行剪枝操作,即回溯到上一层递归函数继续搜索其他可能的解。

当递归函数搜索完所有可能的解空间时,返回问题的最优解或无解。

背包问题回溯法的关键是如何定义约束条件和剪枝策略。

在背包问题中,约束条件包括物品的重量不能超过背包的容量,物品的总价值不能超过已选择的物品的总价值。

而剪枝策略可以根据问题的具体情况来进行设计,例如可以根据当前已选择物品的总价值和剩余物品的可选范围来进行剪枝,减少搜索空间的规模,提高算法的效率。

背包问题回溯法的时间复杂度取决于问题的规模和剪枝策略的设计。

由于回溯法需要搜索所有可能的解空间,所以在最坏情况下,时间复杂度为指数级别。

为了提高算法的效率,可以引入一些优化技巧,例如动态规划和贪心策略,来减少搜索空间的规模并加速算法的执行速度。

总之,背包问题回溯法是一种用于解决背包问题的经典算法。

通过搜索所有可能的解空间,并根据约束条件和剪枝策略来寻找最优解,可以求解出背包问题的最优解或无解。

贪心算法-01背包问题

贪心算法-01背包问题

贪⼼算法-01背包问题1、问题描述:给定n种物品和⼀背包。

物品i的重量是wi,其价值为vi,背包的容量为C。

问:应如何选择装⼊背包的物品,使得装⼊背包中物品的总价值最⼤?形式化描述:给定c >0, wi >0, vi >0 , 1≤i≤n.要求找⼀n元向量(x1,x2,…,xn,), xi∈{0,1}, ∋ ∑ wi xi≤c,且∑ vi xi达最⼤.即⼀个特殊的整数规划问题。

2、最优性原理:设(y1,y2,…,yn)是 (3.4.1)的⼀个最优解.则(y2,…,yn)是下⾯相应⼦问题的⼀个最优解:证明:使⽤反证法。

若不然,设(z2,z3,…,zn)是上述⼦问题的⼀个最优解,⽽(y2,y3,…,yn)不是它的最优解。

显然有∑vizi > ∑viyi (i=2,…,n)且 w1y1+ ∑wizi<= c因此 v1y1+ ∑vizi (i=2,…,n) > ∑ viyi, (i=1,…,n)说明(y1,z2, z3,…,zn)是(3.4.1)0-1背包问题的⼀个更优解,导出(y1,y2,…,yn)不是背包问题的最优解,⽭盾。

3、递推关系:设所给0-1背包问题的⼦问题的最优值为m(i,j),即m(i,j)是背包容量为j,可选择物品为i,i+1,…,n时0-1背包问题的最优值。

由0-1背包问题的最优⼦结构性质,可以建⽴计算m(i,j)的递归式:注:(3.4.3)式此时背包容量为j,可选择物品为i。

此时在对xi作出决策之后,问题处于两种状态之⼀:(1)背包剩余容量是j,没产⽣任何效益;(2)剩余容量j-wi,效益值增长了vi ;使⽤递归C++代码如下:#include<iostream>using namespace std;const int N=3;const int W=50;int weights[N+1]={0,10,20,30};int values[N+1]={0,60,100,120};int V[N+1][W+1]={0};int knapsack(int i,int j){int value;if(V[i][j]<0){if(j<weights[i]){value=knapsack(i-1,j);}else{value=max(knapsack(i-1,j),values[i]+knapsack(i-1,j-weights[i]));}V[i][j]=value;}return V[i][j];}int main(){int i,j;for(i=1;i<=N;i++)for(j=1;j<=W;j++)V[i][j]=-1;cout<<knapsack(3,50)<<endl;cout<<endl;}不使⽤递归的C++代码:简单⼀点的修改//3d10-1 动态规划背包问题#include <iostream>using namespace std;const int N = 4;void Knapsack(int v[],int w[],int c,int n,int m[][10]);void Traceback(int m[][10],int w[],int c,int n,int x[]);int main(){int c=8;int v[]={0,2,1,4,3},w[]={0,1,4,2,3};//下标从1开始int x[N+1];int m[10][10];cout<<"待装物品重量分别为:"<<endl;for(int i=1; i<=N; i++){cout<<w[i]<<" ";}cout<<endl;cout<<"待装物品价值分别为:"<<endl;for(int i=1; i<=N; i++){cout<<v[i]<<" ";}cout<<endl;Knapsack(v,w,c,N,m);cout<<"背包能装的最⼤价值为:"<<m[1][c]<<endl;Traceback(m,w,c,N,x);cout<<"背包装下的物品编号为:"<<endl;for(int i=1; i<=N; i++){if(x[i]==1){cout<<i<<" ";}}cout<<endl;return 0;}void Knapsack(int v[],int w[],int c,int n,int m[][10]){int jMax = min(w[n]-1,c);//背包剩余容量上限范围[0~w[n]-1] for(int j=0; j<=jMax;j++){m[n][j]=0;}for(int j=w[n]; j<=c; j++)//限制范围[w[n]~c]{m[n][j] = v[n];}for(int i=n-1; i>1; i--){jMax = min(w[i]-1,c);for(int j=0; j<=jMax; j++)//背包不同剩余容量j<=jMax<c{m[i][j] = m[i+1][j];//没产⽣任何效益}for(int j=w[i]; j<=c; j++) //背包不同剩余容量j-wi >c{m[i][j] = max(m[i+1][j],m[i+1][j-w[i]]+v[i]);//效益值增长vi }}m[1][c] = m[2][c];if(c>=w[1]){m[1][c] = max(m[1][c],m[2][c-w[1]]+v[1]);}}//x[]数组存储对应物品0-1向量,0不装⼊背包,1表⽰装⼊背包void Traceback(int m[][10],int w[],int c,int n,int x[]){for(int i=1; i<n; i++){if(m[i][c] == m[i+1][c]){x[i]=0;}else{x[i]=1;c-=w[i];}}x[n]=(m[n][c])?1:0;}运⾏结果:算法执⾏过程对m[][]填表及Traceback回溯过程如图所⽰:从m(i,j)的递归式容易看出,算法Knapsack需要O(nc)计算时间; Traceback需O(n)计算时间;算法总体需要O(nc)计算时间。

回溯法解决0-1背包问题

回溯法解决0-1背包问题

回溯法解决0-1背包问题问题描述: 有n件物品和⼀个容量为c的背包。

第i件物品的价值是v[i],重量是w[i]。

求解将哪些物品装⼊背包可使价值总和最⼤。

所谓01背包,表⽰每⼀个物品只有⼀个,要么装⼊,要么不装⼊。

回溯法: 01背包属于找最优解问题,⽤回溯法需要构造解的⼦集树。

在搜索状态空间树时,只要左⼦节点是可⼀个可⾏结点,搜索就进⼊其左⼦树。

对于右⼦树时,先计算上界函数,以判断是否将其减去,剪枝啦啦!上界函数bound():当前价值cw+剩余容量可容纳的最⼤价值<=当前最优价值bestp。

为了更好地计算和运⽤上界函数剪枝,选择先将物品按照其单位重量价值从⼤到⼩排序,此后就按照顺序考虑各个物品。

#include <stdio.h>#include <conio.h>int n;//物品数量double c;//背包容量double v[100];//各个物品的价值double w[100];//各个物品的重量double cw = 0.0;//当前背包重量double cp = 0.0;//当前背包中物品价值double bestp = 0.0;//当前最优价值double perp[100];//单位物品价值排序后int order[100];//物品编号int put[100];//设置是否装⼊//按单位价值排序void knapsack(){int i,j;int temporder = 0;double temp = 0.0;for(i=1;i<=n;i++)perp[i]=v[i]/w[i];for(i=1;i<=n-1;i++){for(j=i+1;j<=n;j++)if(perp[i]<perp[j])//冒泡排序perp[],order[],sortv[],sortw[]{temp = perp[i];perp[i]=perp[i];perp[j]=temp;temporder=order[i];order[i]=order[j];order[j]=temporder;temp = v[i];v[i]=v[j];v[j]=temp;temp=w[i];w[i]=w[j];w[j]=temp;}}}//回溯函数void backtrack(int i){double bound(int i);if(i>n){bestp = cp;return;}if(cw+w[i]<=c){cw+=w[i];cp+=v[i];put[i]=1;backtrack(i+1);cw-=w[i];cp-=v[i];}if(bound(i+1)>bestp)//符合条件搜索右⼦数backtrack(i+1);}//计算上界函数double bound(int i){double leftw= c-cw;double b = cp;while(i<=n&&w[i]<=leftw){leftw-=w[i];b+=v[i];i++;}if(i<=n)b+=v[i]/w[i]*leftw;return b;}int main(){int i;printf("请输⼊物品的数量和容量:");scanf("%d %lf",&n,&c);printf("请输⼊物品的重量和价值:");for(i=1;i<=n;i++){printf("第%d个物品的重量:",i);scanf("%lf",&w[i]);printf("价值是:");scanf("%lf",&v[i]);order[i]=i;}knapsack();backtrack(1);printf("最有价值为:%lf\n",bestp);printf("需要装⼊的物品编号是:");for(i=1;i<=n;i++){if(put[i]==1)printf("%d ",order[i]);}return 0;}时间复杂度分析: 上界函数bound()需要O(n)时间,在最坏的情况下有O(2^n)个右⼦结点需要计算上界,回溯算法backtrack需要的计算时间为O(n2^n)。

[汇总]蛮力法、动态规划法、回溯法和分支限界法求解01背包问题

[汇总]蛮力法、动态规划法、回溯法和分支限界法求解01背包问题

[汇总]蛮力法、动态规划法、回溯法和分支限界法求解01背包问题一、实验内容:分别用蛮力法、动态规划法、回溯法和分支限界法求解0/1背包问题。

C注:0/1背包问题:给定种物品和一个容量为的背包,物品的重量ni是,其价值为,背包问题是如何使选择装入背包内的物品,使得装入背wvii 包中的物品的总价值最大。

其中,每种物品只有全部装入背包或不装入背包两种选择。

二、所用算法的基本思想及复杂度分析:1.蛮力法求解0/1背包问题:1)基本思想:对于有n种可选物品的0/1背包问题,其解空间由长度为n的0-1向量组成,可用子集数表示。

在搜索解空间树时,深度优先遍历,搜索每一个结点,无论是否可能产生最优解,都遍历至叶子结点,记录每次得到的装入总价值,然后记录遍历过的最大价值。

2)代码:#include<iostream>#include<algorithm>using namespace std;#define N 100 //最多可能物体数 struct goods //物品结构体{int sign; //物品序号int w; //物品重量int p; //物品价值}a[N];bool m(goods a,goods b){return (a.p/a.w)>(b.p/b.w); }int max(int a,int b){return a<b?b:a;}int n,C,bestP=0,cp=0,cw=0;int X[N],cx[N];/*蛮力法求解0/1背包问题*/int Force(int i){if(i>n-1){if(bestP<cp&&cw+a[i].w<=C){for (int k=0;k<n;k++) X[k]=cx[k];//存储最优路径bestP=cp;}return bestP;}cw=cw+a[i].w;cp=cp+a[i].p;cx[i]=1; //装入背包Force(i+1);cw=cw-a[i].w;cp=cp-a[i].p;cx[i]=0; //不装入背包Force(i+1);return bestP;}int KnapSack1(int n,goods a[],int C,int x[]) { Force(0);return bestP;}int main(){goods b[N];printf("物品种数n: ");scanf("%d",&n); //输入物品种数printf("背包容量C: ");scanf("%d",&C); //输入背包容量for (int i=0;i<n;i++) //输入物品i的重量w及其价值v {printf("物品%d的重量w[%d]及其价值v[%d]:",i+1,i+1,i+1);scanf("%d%d",&a[i].w,&a[i].p);b[i]=a[i];}int sum1=KnapSack1(n,a,C,X);//调用蛮力法求0/1背包问题printf("蛮力法求解0/1背包问题:\nX=[ ");for(i=0;i<n;i++)cout<<X[i]<<" ";//输出所求X[n]矩阵printf("] 装入总价值%d\n",sum1);bestP=0,cp=0,cw=0;//恢复初始化}3)复杂度分析:n蛮力法求解0/1背包问题的时间复杂度为:。

0-1背包问题——回溯法求解【Python】

0-1背包问题——回溯法求解【Python】

0-1背包问题——回溯法求解【Python】回溯法求解0-1背包问题:问题:背包⼤⼩ w,物品个数 n,每个物品的重量与价值分别对应 w[i] 与 v[i],求放⼊背包中物品的总价值最⼤。

回溯法核⼼:能进则进,进不了则换,换不了则退。

(按照条件深度优先搜索,搜到某⼀步时,发现不是最优或者达不到⽬标,则退⼀步重新选择)注:理论上,回溯法是在⼀棵树上进⾏全局搜索,但是并⾮每种情况都需要全局考虑,毕竟那样效率太低,且通过约束+限界可以减少好多不必要的搜索。

解决本问题思路:使⽤0/1序列表⽰物品的放⼊情况。

将搜索看做⼀棵⼆叉树,⼆叉树的第 i 层代表第 i 个物品,若剩余空间允许物品 i 放⼊背包,扩展左⼦树。

若不可放⼊背包,判断限界条件,若后续继续扩展有可能取得最优价值,则扩展右⼦树(即此 i 物品不放⼊,但是考虑后续的物品)。

在层数达到物品的个数时,停⽌继续扩展,开始回溯。

注:如何回溯呢?怎样得到的,怎样恢复。

放⼊背包中的重量取出,加在bagV上的价值减去。

约束条件:放⼊背包中物品的总质量⼩于等于背包容量限界条件:当前放⼊背包中物品的总价值(i及之前) + i 之后的物品总价值 < 已知的最优值这种情况下就没有必要再进⾏搜索数据结构:⽤⼀个变量记录当前放⼊背包的总价值 bagV(已扩展),⼀个变量记录后续物品的总价值 remainV(未扩展),当前已得到的⼀种最优值 bestV(全局情况),⼀个⽤0/1表⽰的数组bestArr[]记录哪些物品放⼊了背包。

核⼼结构:递归思路进⾏解决。

层层递归,递归到尽头,保留最优值,恢复递归中,层层回溯,即将原来加上去的重量与价值恢复。

# -*- coding:utf-8 -*-def Backtrack(t):global bestV, bagW, bagV,arr, bestArr, cntVif t > n: #某次深度优先搜索完成if bestV < bagV:for i in range(1, n+1):bestArr[i] = arr[i]bestV = bagVelse: #深度优先搜索未完成if bagW + listWV[t][0] <= w: #第t个物品可以放⼊到背包中,扩展左⼦树arr[t] = TruebagW += listWV[t][0]bagV += listWV[t][1]Backtrack(t+1)bagW -= listWV[t][0]bagV -= listWV[t][1]if cntV[t] + bagV > bestV: #有搜索下去的必要arr[t] = FalseBacktrack(t+1)if__name__ == '__main__':w = int(input()) #背包⼤⼩n = int(input()) #物品个数listWV = [[0,0]]listTemp = []sumW = 0sumV = 0for i in range(n):listTemp = list(map(int, input().split())) #借助临时list每次新增物品对应的list加⼊到listWV中sumW += listTemp[0]sumV += listTemp[1]listWV.append(listTemp) #依次输⼊每个物品的重量与价值bestV = 0bagW = 0bagV = 0remainV = sumVarr = [False for i in range(n+1)]bestArr = [False for i in range(n+1)]cntV = [0 for i in range(n+1)] #求得剩余物品的总价值,cnt[i]表⽰i+1~n的总价值 cntV[0] = sumVfor i in range(1, n+1):cntV[i] = cntV[i-1] - listWV[i][1]if sumW <= w:print(sumV)else:Backtrack(1)print(bestV)print(bestArr)print(cntV)检测:1052 65 34 52 43 617[False, True, False, True, False, True][24, 18, 15, 10, 6, 0]。

01背包问题c语言代码回溯法

01背包问题c语言代码回溯法

以下是使用C语言实现01背包问题的回溯法代码:```c#include <stdio.h>#include <stdlib.h>// 初始化背包struct knapsack {int maxWeight; // 背包最大承重int *items; // 物品数组int n; // 物品数量};// 定义物品重量、价值和数量int weights[] = {2, 2, 6, 5, 4};int values[] = {6, 3, 5, 4, 6};int quantities[] = {3, 2, 2, 1, 1};// 初始化背包最大承重和当前承重int maxWeight = 10;int currentWeight = 0;// 初始化最大价值为0int maxValue = 0;// 遍历物品数组void traverseItems(struct knapsack *knapsack, int index) { // 对于每个物品,遍历其数量for (int i = 0; i < knapsack->quantities[index]; i++) {// 如果当前物品可以放入背包装且当前承重不超过背包最大承重,计算放入该物品后的总价值,并更新最大价值if (currentWeight + weights[index] <= knapsack->maxWeight) {int currentValue = values[index] * knapsack->quantities[index];if (currentValue > maxValue) {maxValue = currentValue;}}// 回溯,将当前物品从背包装中移除,递归地尝试下一个物品knapsack->quantities[index]--;if (index < knapsack->n - 1) {traverseItems(knapsack, index + 1);}knapsack->quantities[index]++; // 恢复物品数量,以便下次遍历尝试放入其他物品}}// 主函数int main() {// 初始化背包装和物品数组struct knapsack knapsack = {maxWeight, weights, 5};knapsack.items = (int *)malloc(sizeof(int) * knapsack.n);for (int i = 0; i < knapsack.n; i++) {knapsack.items[i] = values[i] * quantities[i]; // 根据价值和数量计算物品价值,并存储在物品数组中}knapsack.n = quantities[4]; // 由于最后一个物品的数量为1,因此只需遍历前n-1个物品即可得到所有可能的结果// 使用回溯法求解01背包问题,返回最大价值traverseItems(&knapsack, 0);printf("The maximum value is %d.\n", maxValue);free(knapsack.items); // 释放内存空间return 0;}```希望以上信息能帮助到你。

回溯法解决01背包问题

回溯法解决01背包问题

回溯法是一个既带有系统性又带有跳跃性的搜索算法。

它在包含问题的所有解的解空间树中按照深度优先的策略,从根节点出发搜索解空间树。

算法搜索至解空间树的任一节点时,总是先判断该节点是否肯定不包含问题的解。

如果肯定不包含,则跳过对以该节点为根的子树的系统搜索,逐层向其原先节点回溯。

否则,进入该子树,继续按深度优先的策略进行搜索。

运用回溯法解题通常包含以下三个步骤:∙针对所给问题,定义问题的解空间;∙确定易于搜索的解空间结构;∙以深度优先的方式搜索解空间,并且在搜索过程中用剪枝函数避免无效搜索;在0/1背包问题中,容量为M的背包装载。

从n个物品中选取装入背包的物品,物品i的重量为Wi,价值为Pi。

最佳装载指装入的物品价值最高,即∑PiXi(i=1..n)取最大值。

约束条件为∑WiXi ≤M且Xi∈[0,1](1≤i≤n)。

在这个表达式中,需求出Xi的值。

Xi=1表示物品i装入背包,Xi=0表示物品i不装入背包。

∙即判断可行解的约束条件是:∑WiXi≤M(i=0..n),Wi>0,Xi∈[0,1](1≤i≤n)∙目标最大值:max∑PiXi(i=0..n-1),Pi>0,Xi=0或1(0≤i<n)0/1背包问题是一个自己选取问题,适合于用子集树表示0/1背包问题的解空间。

在搜索解空间树时,只要左儿子节点是一个可行节点,搜索就进入左子树,在右子树中有可能包含最优解才进入右子树搜索,否则将右子树剪去。

程序分析:将物品个数,每个物品体积/价值输入,计算总物品体积S,输入背包体积V,如果V<0或者V>S则前置条件错误,即背包体积输入错误,否则顺序将物品放入背包。

假设放入前i件物品,背包没有装满,继续选取第i+1件物品,若该物品“太大”不能装入,则弃之继而选取下一件直到背包装满为止;如果剩余物品中找不到合适物品以填满背包,则说明“刚刚”装入的第i件物品不合适,应将i拿出,继续从i+1及以后的物品中选取,如此重复,直到找到满足条件的解。

c语言算法--贪婪算法---01背包问题

c语言算法--贪婪算法---01背包问题

c语言算法--贪婪算法---0/1背包问题在0 / 1背包问题中,需对容量为c 的背包进行装载。

从n 个物品中选取装入背包的物品,每件物品i 的重量为wi ,价值为pi 。

对于可行的背包装载,背包中物品的总重量不能超过背包的容量,最佳装载是指所装入的物品价值最高,即n ?i=1pi xi 取得最大值。

约束条件为n ?i =1wi xi≤c 和xi?[ 0 , 1 ] ( 1≤i≤n)。

在这个表达式中,需求出xt 的值。

xi = 1表示物品i 装入背包中,xi =0 表示物品i 不装入背包。

0 / 1背包问题是一个一般化的货箱装载问题,即每个货箱所获得的价值不同。

货箱装载问题转化为背包问题的形式为:船作为背包,货箱作为可装入背包的物品。

例1-8 在杂货店比赛中你获得了第一名,奖品是一车免费杂货。

店中有n 种不同的货物。

规则规定从每种货物中最多只能拿一件,车子的容量为c,物品i 需占用wi 的空间,价值为pi 。

你的目标是使车中装载的物品价值最大。

当然,所装货物不能超过车的容量,且同一种物品不得拿走多件。

这个问题可仿照0 / 1背包问题进行建模,其中车对应于背包,货物对应于物品。

0 / 1背包问题有好几种贪婪策略,每个贪婪策略都采用多步过程来完成背包的装入。

在每一步过程中利用贪婪准则选择一个物品装入背包。

一种贪婪准则为:从剩余的物品中,选出可以装入背包的价值最大的物品,利用这种规则,价值最大的物品首先被装入(假设有足够容量),然后是下一个价值最大的物品,如此继续下去。

这种策略不能保证得到最优解。

例如,考虑n=2, w=[100,10,10], p =[20,15,15], c = 1 0 5。

当利用价值贪婪准则时,获得的解为x= [ 1 , 0 , 0 ],这种方案的总价值为2 0。

而最优解为[ 0 , 1 , 1 ],其总价值为3 0。

另一种方案是重量贪婪准则是:从剩下的物品中选择可装入背包的重量最小的物品。

分支限界法解决01背包问题

分支限界法解决01背包问题

分⽀限界法解决01背包问题 分⽀限界法和之前讲的回溯法有⼀点相似,两者都是在问题的解的空间上搜索问题的解。

但是两者还是有⼀些区别的,回溯法是求解在解的空间中的满⾜的所有解,分⽀限界法则是求解⼀个最⼤解或最⼩解。

这样,两者在解这⼀⽅⾯还是有⼀些不同的。

之前回溯法讲了N后问题,这个问题也是对于这有多个解,但是今天讲的01背包问题是只有⼀个解的。

下⾯就讲讲分⽀限界法的基本思想。

分⽀限界法常以⼴度优先或以最⼩消耗(最⼤效益)优先的⽅式搜索问题的解空间树。

问题的解空间树是表⽰问题解空间的⼀颗有序树,常见的有⼦集树和排列树。

分⽀限界法和回溯法的区别还有⼀点,它们对于当前扩展结点所采⽤的扩展⽅式也是不相同的。

分⽀限界法中,对于每⼀个活结点只有⼀次机会成为扩展结点。

活结点⼀旦成为了扩展结点,就⼀次性产⽣其所有的⼦结点,⼦结点中,不符合要求的和⾮最优解的⼦结点将会被舍弃,剩下的⼦结点将加⼊到活结点表中。

再重复上⾯的过程,直到没有活结点表中没有结点,⾄此完成解决问题的⽬的。

分⽀限界法⼤致的思想就是上⾯的叙述,现在就可以发现,对于结点的扩展将会成为分⽀限界法的主要核⼼。

所以,分⽀限界法常见的有两种扩展结点的⽅式,1.队列式(FIFO)分⽀限界法,2.优先队列式分⽀限界法。

两种⽅法的区别就是对于活结点表中的取出结点的⽅式不同,第⼀种⽅法是先进先出的⽅式,第⼆种是按优先级取出结点的⽅式。

两中⽅法的区别下⾯也会提到。

在背包问题中还会提到⼀个⼦树上界的概念,其实就是回溯法中的剪枝函数,只不过,分⽀限界法⾥的剪枝函数改进了⼀些,剪枝函数同样也是分⽀限界法⾥⽐较重要的东西。

下⾯就讲⼀讲01背包问题的实现。

01背包问题和前⾯讲的背包问题的区别不⼤,就是01背包问题的物品不可以只放⼊部分,01背包问题的物品只能放⼊和不放⼊两个选择,这也是名字中01的原因。

其他的和背包问题相差不⼤,这⾥也不再累述。

算法的主体是⽐较容易想的,⾸先,将数据进⾏处理,这也是上⾯讲到的第⼆种取结点的⽅式(优先队列式)。

回溯法01背包问题

回溯法01背包问题

回溯法解决01背包问题







if(currentWeight+weight[i]<=c) { //将物品i放入背包,搜索左子树 bestAnswer[i] = 1; currentWeight += weight[i]; bestPrice += price[i]; Backtracking(i+1); //完成上面的递归,返回到上一结点,物 品i不放入背包,准备递归右子树 currentWeight -= weight[i]; bestPrice -= price[i]; } bestAnswer[i] = 0; Backtracking(i+1); }
回溯法解决01背包问题

0—1背包问题是一个子集选取问题,适合 于用子集树表示0—1背包问题的解空间。 在搜索解空间树是,只要其左儿子节点是 一个可行结点,搜索就进入左子树,在右 子树中有可能包含最优解是才进入右子树 搜索。否则将右子树剪去。
问题分析:


首先是将可供选择的物品的个数输入程序,将物品排成一列,计 算总物品的体积s,然后输入背包的实际体积V,如果背包的体积 小于0或者大于物品的总体积s,则判断输入的背包体积错误,否 则开始顺序选取物品装入背包,假设已选取了前i 件物品之后背包 还没有装满,则继续选取第i+1件物品,若该件物品"太大"不能装 入,则弃之而继续选取下一件,直至背包装满为止。但如果在剩 余的物品中找不到合适的物品以填满背包,则说明"刚刚"装入背包 的那件物品"不合适",应将它取出"弃之一边",继续再从"它之后" 的物品中选取,如此重复,直至求得满足条件的解。 因为回溯求解的规则是"后进先出",所以要用到栈来存储符合条件 的解,在存储过程中,利用数组来存储各个物品的体积,然后用 深度优先的搜索方式求解,将符合条件的数组元素的下标存入栈 里,最后得到符合条件的解并且实现输出。

C语言动态规划之背包问题详解

C语言动态规划之背包问题详解

C语⾔动态规划之背包问题详解01背包问题给定n种物品,和⼀个容量为C的背包,物品i的重量是w[i],其价值为v[i]。

问如何选择装⼊背包的物品,使得装⼊背包中的总价值最⼤?(⾯对每个武平,只能有选择拿取或者不拿两种选择,不能选择装⼊某物品的⼀部分,也不能装⼊物品多次)声明⼀个数组f[n][c]的⼆维数组,f[i][j]表⽰在⾯对第i件物品,且背包容量为j时所能获得的最⼤价值。

根据题⽬要求进⾏打表查找相关的边界和规律根据打表列写相关的状态转移⽅程⽤程序实现状态转移⽅程真题演练:⼀个旅⾏者有⼀个最多能装M公⽄的背包,现在有n件物品,它们的重量分别是W1、W2、W3、W4、…、Wn。

它们的价值分别是C1、C3、C2、…、Cn,求旅⾏者能获得最⼤价值。

输⼊描述:第⼀⾏:两个整数,M(背包容量,M<= 200)和N(物品数量,N<=30);第2…N+1⾏:每⾏两个整数Wi,Ci,表⽰每个物品的质量与价值。

输出描述:仅⼀⾏,⼀个数,表⽰最⼤总价值样例:输⼊:10 42 13 34 57 9输出:12解题步骤定义⼀个数组dp[i][j]表⽰容量为j时,拿第i个物品时所能获取的最⼤价值。

按照题⽬要求进⾏打表,列出对应的dp表。

W[i](质量)V[i](价值)01234567891000000000000210011111111133001334444444500135568899790013556991012对于⼀个动态规划问题设置下标时最好从0开始,因为动态规划经常会和上⼀个状态有关系!从上⾯的dp表可以看出来对于⼀个物品我们拿还是不难需要进⾏两步来判断。

第⼀步:判断背包当前的容量j是否⼤于物品当前的质量,如果物品的质量⼤于背包的容量那么就舍弃。

第⼆步:如果背包可以装下这个物品,就需要判断装下该物品获取的最⼤价值是不是⼤于不装下这个物品所获取的最⼤价值,如果⼤于那么就把东西装下!根据这样的思想我们可以得到状态转移⽅程:如果单签背包的容量可以装下物品:dp[i][j]=max(dp[i-1][j],dp[i-1][j-w[i]]+v[i]);如果当前背包的容量装不下该物品:dp[i][j]=dp[i-1][j];#include <stdio.h>int max(const int a,const int b){return a>b ? a:b;}int main(){int w[35]={0},v[35]={0},dp[35][210]={0};int n,m;scanf("%d %d",&m,&n);int i,j;for(i=1;i<=n;i++){scanf("%d %d",&w[i],&v[i]);}for(i=1;i<=n;i++){for(j=1;j<=m;j++){if(j>=w[i])//如果当前背包的容量⼤于商品的质量{dp[i][j]=max(dp[i-1][j],dp[i-1][j-w[i]]+v[i]);//判断是否应该拿下}else//⼤于背包的当前容量{dp[i][j]=dp[i-1][j];}}}for(int k=0;k<=n;k++){for(int l=0;l<=m;l++){printf("%d ",dp[k][l]);}printf("\n");}printf("%d\n",dp[n][m]);}通过运⾏以上程序可以看到最终的输出dp表和我们的预期是相符合的!但是并没有结束,动态规划有⼀个后⽆效性原则(当前状态只与前⼀个状态有关)。

0-1背包问题动态规划详解及代码

0-1背包问题动态规划详解及代码

0/1 背包问题动态规划详解及C代码动态规划是用空间换时间的一种方法的抽象。

其关键是发现子问题和记录其结果。

然后利用这些结果减轻运算量。

比如01背包问题。

/* 一个旅行者有一个最多能用M公斤的背包,现在有N件物品,它们的重量分别是W1,W2,...,Wn,它们的价值分别为P1,P2,...,Pn.若每种物品只有一件求旅行者能获得最大总价值。

输入格式:M,NW1,P1W2,P2......输出格式:X*/因为背包最大容量M未知。

所以,我们的程序要从1到M一个一个的试。

比如,开始任选N 件物品的一个。

看对应M的背包,能不能放进去,如果能放进去,并且还有多的空间,则,多出来的空间里能放N-1物品中的最大价值。

怎么能保证总选择是最大价值呢?看下表。

测试数据:10,33,44,55,6c[i][j]数组保存了1,2,3号物品依次选择后的最大价值.这个最大价值是怎么得来的呢?从背包容量为0开始,1号物品先试,0,1,2,的容量都不能放.所以置0,背包容量为3则里面放4.这样,这一排背包容量为4,5,6,....10的时候,最佳方案都是放4.假如1号物品放入背包.则再看2号物品.当背包容量为3的时候,最佳方案还是上一排的最价方案c为4.而背包容量为5的时候,则最佳方案为自己的重量5.背包容量为7的时候,很显然是5加上一个值了。

加谁??很显然是7-4=3的时候.上一排 c3的最佳方案是4.所以。

总的最佳方案是5+4为9.这样.一排一排推下去。

最右下放的数据就是最大的价值了。

(注意第3排的背包容量为7的时候,最佳方案不是本身的6.而是上一排的9.说明这时候3号物品没有被选.选的是1,2号物品.所以得9.)从以上最大价值的构造过程中可以看出。

f(n,m)=max{f(n-1,m), f(n-1,m-w[n])+P(n,m)}这就是书本上写的动态规划方程.这回清楚了吗?下面是实际程序(在VC 6.0环境下通过):#include<stdio.h>int c[10][100];/*对应每种情况的最大价值*/int knapsack(int m,int n){int i,j,w[10],p[10];printf("请输入每个物品的重量,价值:\n");for(i=1;i<=n;i++)scanf("%d,%d",&w[i],&p[i]);for(i=0;i<10;i++)for(j=0;j<100;j++)c[i][j]=0;/*初始化数组*/for(i=1;i<=n;i++)for(j=1;j<=m;j++){if(w[i]<=j) /*如果当前物品的容量小于背包容量*/{if(p[i]+c[i-1][j-w[i]]>c[i-1][j])/*如果本物品的价值加上背包剩下的空间能放的物品的价值*//*大于上一次选择的最佳方案则更新c[i][j]*/c[i][j]=p[i]+c[i-1][j-w[i]];elsec[i][j]=c[i-1][j];}else c[i][j]=c[i-1][j];}return(c[n][m]);}int main(){int m,n;int i,j;printf("请输入背包的承重量,物品的总个数:\n");scanf("%d,%d",&m,&n);printf("旅行者背包能装的最大总价值为%d",knapsack(m,n)); printf("\n");return 0;}。

0-1背包问题(回溯法)

0-1背包问题(回溯法)

0-1背包问题(回溯法)实验报告姓名:学号:指导老师:一.算法设计名称:0-1背包问题(回溯法)二.实验内容问题描述:给定n 种物品和一背包。

物品i 的重量是w i ,其价值为v i ,背包的容量为C 。

问应如何选择装入背包的物品,使得装入背包中物品的总价值最大?在选择装入背包的物品时,对每种物品i 只有两种选择,即装入背包或不装入背包。

不能将物品装入背包多次,也不能只装入部分的物品。

三.实验目的1.运用回溯思想,设计解决上述问题的算法,找出最大背包价值的装法。

2.掌握回溯法的应用四.算法设计:问题求解思路1.由0-1背包问题的最优子结构性质,建立计算m[i][j]的递归式如下:i i i w j w j j i m i v w j i m j i m j i m <≤≥⎩⎨⎧-+---=0],1[]}[],1[],,1[max{),(2.查找装入背包物品的回溯函数:从0-1二叉树的根开始搜索:若是叶子节点,则判断此时的价值是否比当前最优的价值大,否则将之替换,并获得最优解向量且返回;若不是叶子节点,则向左右子树搜索,先改变当前的数据状态,递归的调用自己,然后恢复数据状态表示回溯。

3.边界函数bound主要是当还未搜索到叶子节点时,提前判断其子树是否存可能存在更优的解空间,否则进行回溯,即裁剪掉子树的解空间。

关键数据结构及函数模块:(Backtrack.h )#ifndef __BACKTRACK_H__#define __BACKTRACK_H__class BP_01_P{public:∑=ni i i x v 1max ⎪⎩⎪⎨⎧≤≤∈≤∑=n i x C x w i n i i i 1},1,0{1BP_01_P(int w,int n):m_Sum_weitht(0),m_Number(0) {m_Sum_weitht=w;m_Number=n;bestHav=0;bestVal=0;curVal=0;curHav=0;m_hav=new int[n];m_val=new int[n];temop=new int[n];option=new int[n];}~BP_01_P(){delete []m_hav;delete []m_val;delete []temop;delete []option;}void traceBack(int n);int bound(int n);void printBestSoulation();int *m_hav;//每个物品的重量int *m_val;//每个物品的价值int *temop;//01临时解int *option;//01最终解int bestHav;//最优价值时的最大重量int bestVal;//最优的价值int curVal;//当前的价值int curHav;//当前的重量private:int m_Sum_weitht;//背包的总容量int m_Number;//物品的种类};#endif __BACKTRACK_H__五:主要的算法代码实现:(Backtrack.cpp)边界函数:bound( )int BP_01_P::bound(int n){int hav_left=m_Sum_weitht-curHav;int bo=curVal;while(n<m_Number && m_hav[n]<=hav_left){hav_left-=m_hav[n];bo+=m_val[n];n++;}if(n<m_Number){bo+=m_val[n]*hav_left/m_hav[n];//bo+=hav_left;}return bo;}回溯递归函数:traceBack( )void BP_01_P::traceBack(int n){if(n>=m_Number){if(curVal>=bestVal){bestVal=curVal;for(int i=0;i<n;i++){option[i]=temop[i];}return ;}}if(curHav+m_hav[n]<=m_Sum_weitht)//向左子树搜索 {curHav=curHav+m_hav[n];curVal=curVal+m_val[n];temop[n]=1;//标记要选择这个物品traceBack(n+1);curHav=curHav-m_hav[n];curVal=curVal-m_val[n];}if(bound(n+1)>bestVal)//向右子树搜索{temop[n]=0;//标记要丢弃这个物品traceBack(n+1);}}主控函数:(main.cpp)#include <iostream>#include "Backtrack.h"using namespace std;int main(){int number,weigth;cout<<"包的总容量:";cin>>weigth;cout<<"物品的种类:";cin>>number;BP_01_P *ptr=new BP_01_P(weigth,number);cout<<"各种物品的重量:"<<endl;for(int i=0;i<number;i++)cin>>ptr->m_hav[i];cout<<"各种物品的价值:"<<endl;for(i=0;i<number;i++)cin>>ptr->m_val[i];ptr->traceBack(0);ptr->printBestSoulation();cout<<"总重量:"<<ptr->bestHav<<"\t总价值:"<<ptr->bestVal<<endl;return 0;}六:算法分析采用回溯法解决0-1背包问题,明显比动态规划法更优良。

用动态规划法与回溯法实现0-1背包问题的比较

用动态规划法与回溯法实现0-1背包问题的比较

m ≯ “ f
√f ) =

() 1 . 2
,时,时间复杂度为长O(n*数),长关 系 。此 时的需要对于状态空 间和决策 间 的维 数 的增 呈 指2 增计 算和存储量 计 算 时 间 和存 储 量 过 大 。 空
回溯 法 : 溯 法 需 要 为 问 题 定 义 一 个 解 空 间, 个 解 空 间必 须 至 回 这
O 1背包 问题 : 定 1种物 品 和一 背 包 。物 品 i 一 给 3 . 的重 量 是 W i其 价 。
将 第 i 物 品 装 入 背包 。 个
可 以 用树 的形 式 将 解 空 间 表 达 出来 。树 中从 第 i 到第 i1层 的 层 + 边 上 的 值 表示 解 向量 中 X 的取 值 , 假 定 第 i 的左 子 树 描 述 第 i i 并 层 个

∑魄, {


总结
的 最 优值 为 m(,) 即 m(,) 背 包 容 量 为 j 可 悬 着 物 品 为 i+ ij , ij是 , , i 动态规划算法求解背包问题时对子过程用枚举法求解。 而且 约 束 l… . , , o 1 包 问题 的最 优 值 。 n时 - 背 由于 。 1背 包 问 题 的最 优 子 结 构 性 一 条件越多, 决策 的搜 索 范 围越 小 , 求解 也 越 容 易 。但 是对 于规 模 较 大 的 质 , 以建 立 计 算 m(, 的 如下 递 归 式 : 可 i) j 问 题 它 并 不 是 一 个 理想 的 算 法 。从 二 维 数 组 m『1 1 以 看 出当 c 2 n『 可 c >n
【 摘
武汉
4 07 ) 3 0 3
要 】- 背包问题是运筹学 中的著名问题 。 01 也是计算机 算法中的一个经典问题 。 本文采用动态规 划法和 回溯法对该问题进行求解 , 对

0-1背包问题的递归方法

0-1背包问题的递归方法

0-1背包问题的递归方法0-1背包问题是一个经典的动态规划问题,可以使用递归方法求解。

定义一个函数`knapsack(weights, values, capacity, n)`,其中`weights`和`values`分别代表物品的重量和价值,`capacity`代表背包的容量,`n`代表当前考虑的物品个数。

递归的思路是对于每个物品,有两种选择:放入背包中或者不放入背包中。

1. 如果第`n`个物品的重量大于背包的容量`capacity`,则不放入背包中,返回`0`;2. 否则,有两种选择:- 选择放入第`n`个物品,则总价值为第`n`个物品的价值加上考虑前`n-1`个物品,背包容量减去第`n`个物品重量的最优解; - 不放入第`n`个物品,则总价值为考虑前`n-1`个物品,背包容量不变的最优解。

代码如下所示:```pythondef knapsack(weights, values, capacity, n):if n == 0 or capacity == 0:return 0if weights[n-1] > capacity:return knapsack(weights, values, capacity, n-1)else:return max(values[n-1] + knapsack(weights, values, capacity-weights[n-1], n-1),knapsack(weights, values, capacity, n-1))```可以通过调用`knapsack`函数来求解0-1背包问题,如下所示:```pythonweights = [2, 3, 4, 5]values = [3, 4, 5, 6]capacity = 5n = len(weights)result = knapsack(weights, values, capacity, n)print(result)```以上代码会输出最优解的总价值。

回溯法解背包问题实验报告

回溯法解背包问题实验报告

实验4回溯法解0-1背包问题一、实验要求1.要求用回溯法求解0-1背包问题;2.要求交互输入背包容量,物品重量数组,物品价值数组;3.要求显示结果。

二、实验仪器和软件平台仪器:带usb接口微机软件平台:WIN-XP + VC++6.0三、实验源码#include "stdafx.h"#include<iostream>#include<cstdio>#include<conio.h>#include<iomanip>using namespace std;template<class ty>class Knap{public:friend void Init();friend void Knapsack();friend void Backtrack(int i);friend float Bound(int i);bool operator<(Knap<ty> a)const{if(fl<a.fl) return true;else return false;}private:ty w; //重量ty v; //价值float fl; //单位重量的价值v/wint kk; //记录第几个物品int flag; //记录是否放入包中};template<class ty>void Sort(Knap<ty> *li,int n){int i,j,k; Knap<ty> minl;for(i=1;i<n;i++){minl=li[0]; k=0;for(j=1;j<=n-i;j++){if(minl<li[j]){minl=li[j]; swap(li[j],li[k]); k=j;}}}}namespace jie //命名空间{int c=0,n=0;int *x=NULL;Knap<int> *bag=NULL;int cp=0,cw=0;int bestp=0;}using namespace jie;void Init(){int i=0;cout<<endl;cout<<"请输入物品数量n = ";cin>>n; cout<<endl;cout<<"请输入背包容量C = ";cin>>c; cout<<endl;bag=new Knap<int> [n];x=new int[n];cout<<"请依次输入"<<n<<"个物品的重量W:"<<endl;for(i=0;i<n;i++)cin>>bag[i].w;cout<<endl;cout<<"请依次输入"<<n<<"个物品的价值P:"<<endl;for(i=0;i<n;i++)cin>>bag[i].v;for(i=0;i<n;i++){bag[i].flag=0; bag[i].kk=i;bag[i].fl=1.0*bag[i].v/bag[i].w;}}void Backtrack(int i){if(i>=n) //到达叶节点{bestp=cp; //更新最优价值return;}if(cw+bag[i].w<=c) //进入左子树{bag[i].flag=1; cw+=bag[i].w;cp+=bag[i].v; Backtrack(i+1);cw-=bag[i].w; cp-=bag[i].v;}if(Bound(i+1)>bestp)//进入右子树{bag[i].flag=0; Backtrack(i+1);}}//计算当前节点处的上界float Bound(int i){int cleft = c-cw; //剩余容量float b = cp;while (i<n&&bag[i].w<=cleft){//以物品单位重量价值递减序装入cleft-=bag[i].w ;b+=bag[i].v;i++;}//装满背包if (i<n) b+=1.0*bag[i].v/bag[i].w * cleft;return b;}void Knapsack() //计算最优解和变量值{int L(0); //用L累计价值,初始价值设置为0for(int k=0;k<n;k++){x[bag[k].kk]=bag[k].flag; //x=0表示未放入背包,x=1表示放入背包L+=bag[k].flag*bag[k].v; //价值累加}cout<<endl;cout<<"当前最优价值为:"<<L<<endl;cout<<"变量值x = ";for(int i=1;i<=n;i++){cout<<x[i-1];}delete []bag; bag=NULL;delete []x; x=NULL;cout<<endl; getch();}int main(){cout<<endl;cout<<"|**********回溯法解0-1背包问题**********|"<<endl;Init();Backtrack(0);Knapsack();return 0;}四、运行结果五、实验小结通过该实验,我充分了解了回溯法与分支界限法的区别。

背包问题的各种求解方法

背包问题的各种求解方法

背包问题的各种求解⽅法⼀、“0-1背包”问题描述: 给定n中物品,物品i的重量是w i,其价值为v i,背包的容量为c.问应如何选择装⼊背包中的物品,使得装⼊背包中的物品的总价值最⼤?形式化描述:给定c>0,w i>0,v i>0,1≤i≤n,要求找⼀个n元0-1向量(x1,x2,...,x n),x i∈{0,1},1≤i≤n,使得∑w i x i≤c,⽽且∑v i x i达到最⼤。

因此0-1背包问题是⼀个特殊的整形规划问题:max ∑v i x is.t ∑w i x i≤cx i∈{0,1},1≤i≤n⼆、动态规划求解(两种⽅法,顺序或逆序法求解) 1.最优⼦结构性质 1.1 简要描述 顺序:将背包物品依次从1,2,...n编号,令i是容量为c共有n个物品的0-1背包问题最优解S的最⾼编号。

则S'=S-{i}⼀定是容量为c-w i且有1,...,i-1项物品的最优解。

如若不是,领S''为⼦问题最优解,则V(S''+{i})>V(S'+{i}),⽭盾。

这⾥V(S)=V(S')+v i.逆序:令i是相应问题最优解的最低编号,类似可得。

1.2 数学形式化语⾔形式化的最优⼦结构 顺序(从前往后):设(y1,y2,...,y n)是所给问题的⼀个最优解。

则(y1,...,y n-1)是下⾯相应⼦问题的⼀个最优解: max ∑v i x is.t ∑w i x i≤cx i∈{0,1},1≤i≤n-1如若不然,设(z1,...,z n-1)是上述⼦问题的⼀个最优解,⽽(y1,...,y n-1)不是它的最优解。

由此可知,∑v i z i>∑v i y i,且∑v i z i+w n y n≤c。

因此∑v i y i+v n y n>∑v i y i(前⼀个范围是1~n-1,后⼀个是1~n) ∑v i z i+w n y n≤c这说明(z1,z2,...,y n)是⼀个所给问题的更优解,从⽽(y1,y2,...,y n)不是问题的所给问题的最优解,⽭盾。

01背包问题

01背包问题

01背包问题一、问题描述一个正在抢劫商店的小偷发现了n个商品,第i个商品价值V i美元,重Wi磅,V i和Wi都是整数;这个小偷希望拿走价值尽量高的商品,但他的背包最多能容纳W磅的商品,W是一个整数。

我们称这个问题是01背包问题,因为对每个商品,小偷要么把它完整拿走,要么把它留下;他不能只拿走一个商品的一部分,或者把一个商品拿走多次。

二、解决方案背包问题作为NP完全问题,暂时不存在多项式时间算法1.动态规划2.回溯法3.分支界限法三、方案详解3.1动态规划动态规划(Dynamic programming,DP)是一种在数学、计算机科学和经济学中使用的,通过把原问题分解为相对简单的子问题的方式求解复杂问题的方法。

动态规划常常适用于有重叠子问题和最优子结构性质的问题。

概述:动态规划在查找有很多重叠子问题的情况的最优解时有效。

它将问题重新组合成子问题。

为了避免多次解决这些子问题,它们的结果都逐渐被计算并被保存,从简单的问题直到整个问题都被解决。

因此,动态规划保存递归时的结果,因而不会在解决同样的问题时花费时间。

动态规划只能应用于有最优子结构的问题。

最优子结构的意思是局部最优解能决定全局最优解(对有些问题这个要求并不能完全满足,故有时需要引入一定的近似)。

简单地说,问题能够分解成子问题来解决。

特征:1、问题存在最优子结构2、问题的最优解需要在子问题中作出选择3、通过查表解决重叠子问题,避免重复计算动态规划的设计:1.刻画一个最优解的结构特征;2.递归地定义最优解的值;3.计算最优解的值,通常采用自底向上的方法;4.利用计算的信息构造一个最优解。

问题分析最优子结构:(1)问题分析:令f(i,j)表示在前i(0≤i<n)个物品中能够装入容量为j(0≤j≤W)的背包中的物品的最大价值,则可以得到如下的动态规划函数:(2)f[i,j]=0(i=0 OR j=0)f[i,j]=f[i-1,j] j<w i ①f[i,j]=max{f[i-1,j] ,f[i-1,j-wi] +vi } j>wi ②①式表明:如果第i个物品的重量大于背包的容量,则装人前i个物品得到的最大价值和装入前i-1个物品得到的最大价是相同的,即物品i不能装入背包;②式表明:如果第i个物品的重量小于背包的容量,则会有一下两种情况:(a)如果把第i个物品装入背包,则背包物品的价值等于第i-1个物品装入容量位j-wi的背包中的价值加上第i个物品的价值vi;(b)如果第i个物品没有装入背包,则背包中物品价值就等于把前i-1个物品装入容量为j的背包中所取得的价值。

01背包问题及变种详解

01背包问题及变种详解

P01: 01背包问题题目有N件物品和一个容量为V的背包。

第i件物品的费用是c[i],价值是w[i]。

求解将哪些物品装入背包可使价值总和最大。

基本思路这是最基础的背包问题,特点是:每种物品仅有一件,可以选择放或不放。

用子问题定义状态:即f[i][v]表示前i件物品恰放入一个容量为v的背包可以获得的最大价值。

则其状态转移方程便是:f[i][v]=max{f[i-1][v],f[i-1][v-c[i]]+w[i]}这个方程非常重要,基本上所有跟背包相关的问题的方程都是由它衍生出来的。

所以有必要将它详细解释一下:“将前i件物品放入容量为v的背包中”这个子问题,若只考虑第i件物品的策略(放或不放),那么就可以转化为一个只牵扯前i-1件物品的问题。

如果不放第i件物品,那么问题就转化为“前i-1件物品放入容量为v的背包中”,价值为f[i-1][v];如果放第i件物品,那么问题就转化为“前i-1件物品放入剩下的容量为v-c[i]的背包中”,此时能获得的最大价值就是f[i-1][v-c[i]]再加上通过放入第i件物品获得的价值w[i]。

优化空间复杂度以上方法的时间和空间复杂度均为O(VN),其中时间复杂度应该已经不能再优化了,但空间复杂度却可以优化到O。

先考虑上面讲的基本思路如何实现,肯定是有一个主循环i=1..N,每次算出来二维数组f[i][0..V]的所有值。

那么,如果只用一个数组f[0..V],能不能保证第i次循环结束后f[v]中表示的就是我们定义的状态f[i][v]呢?f[i][v]是由f[i-1][v]和f[i-1][v-c[i]]两个子问题递推而来,能否保证在推f[i][v]时(也即在第i次主循环中推f[v]时)能够得到f[i-1][v]和f[i-1][v-c[i]]的值呢?事实上,这要求在每次主循环中我们以v=V..0的顺序推f[v],这样才能保证推f[v]时f[v-c[i]]保存的是状态f[i-1][v-c[i]]的值。

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01背包问题回溯法c语言
01背包问题是一个经典的动态规划问题,可以使用回溯法来解决。

在C语言中,我们可以通过递归的方式来实现回溯法解决01背包问题。

首先,让我们来看一下01背包问题的描述:
给定n个物品,每个物品有一个重量和一个价值。

现在有一个背包,它能够容纳一定的重量,问如何选择装入背包的物品,使得背包中物品的总价值最大。

接下来,让我们来看一下如何使用回溯法来解决这个问题。

我们可以定义一个递归函数来尝试将每个物品放入背包或者不放入背包,然后找出最优解。

以下是一个简单的C语言代码示例:
c.
#include <stdio.h>。

#define N 5 // 物品的数量。

#define W 10 // 背包的容量。

int weight[N] = {2, 2, 6, 5, 4}; // 每个物品的重量。

int value[N] = {6, 3, 5, 4, 6}; // 每个物品的价值。

int maxValue = 0; // 最大的总价值。

void backtrack(int index, int currentWeight, int totalValue) {。

if (index == N || currentWeight == W) {。

if (totalValue > maxValue) {。

maxValue = totalValue;
}。

return;
}。

// 不放入背包。

backtrack(index + 1, currentWeight, totalValue); // 放入背包。

if (currentWeight + weight[index] <= W) {。

backtrack(index + 1, currentWeight +
weight[index], totalValue + value[index]);
}。

}。

int main() {。

backtrack(0, 0, 0);
printf("背包能够容纳的最大总价值为,%d\n", maxValue);
return 0;
}。

在这个示例中,我们使用了一个backtrack函数来尝试将每个
物品放入背包或者不放入背包,并更新背包中物品的总价值。

最后,在main函数中输出背包能够容纳的最大总价值。

需要注意的是,回溯法解决01背包问题的时间复杂度较高,当
物品数量较大时,会导致计算时间过长。

因此,对于大规模的01背
包问题,通常需要使用动态规划等更高效的方法来解决。

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