【算法】01背包问题(代码+详解+练习题)

题目:

有 N 件物品和一个容量是 V 的背包。每件物品只能使用一次。

第 i 件物品的体积是 vi,价值是 wi。

求解将哪些物品装入背包,可使这些物品的总体积不超过背包容量,且总价值最大。
输出最大价值。

输入格式

第一行两个整数,N,V,,用空格隔开,分别表示物品数量和背包容积。

接下来有 N 行,每行两个整数 vi,wi,用空格隔开,分别表示第 i 件物品的体积和价值。

输出格式

输出一个整数,表示最大价值。

数据范围

0<N,V≤10000≤1000
0<vi,wi≤10000≤1000

输入样例

4 5
1 2
2 4
3 4
4 5

输出样例:

8

算法分析:

以上面的题目为例:

f[i][j] : j是已经选择过后的背包的体积;

如果没有放入,背包的体积没有变化,即前一个前i-1个物品的体积也是j;
如果放入j前i-1的体积不同,j是前i-1个物品的体积改变而来的,即j-v[i]前i-1个物品总体积;

如果还是不能理解的话,可以代入数据来写一下:

最后的f[4][5]就是最大价值;

代码:

#include<iostream>
#include<math.h>
using namespace std;
const int N = 1e4;
int v[N], w[N];
int f[N][N];

int main()
{
	int n, m;
	cin >> n >> m;
	for (int i = 1; i <= N; i++)
	{
		cin >> v[i] >> w[i];
	}
	for (int i = 1; i <= n; i++)
	{
		for (int j = 0; j <= m; j++)
		{
			if (j < v[i])
				f[i][j] = f[i - 1][j];
			else
				f[i][j]= max( f[i - 1][j],f[i - 1][j - v[i]] + w[i] );
		}
	}
	cout << f[n][m] << endl;
}

优化:

上面的代码我们用到是二维数组,如果数据较大,空间也会较大;怎么优化呢?

根据我们上面的分析,我们要求的 i ,只和 i-1 有关,所以我们只需要保存 i-1 的数据即可;

代码如下:

#include<iostream>
#include<math.h>
#include<cstring>
using namespace std;
const int N = 1e4;
int v[N], w[N];
int f[N],g[N];

int main()
{
	int n, m;
	cin >> n >> m;
	for (int i = 1; i <= N; i++)
	{
		cin >> v[i] >> w[i];
	}
	for (int i = 1; i <= n; i++)
	{
		for (int j = 0; j <= m; j++)
		{
			if (j < v[i])
				g[j] = f[j];
			else
				g[j]= max( f[j],f[j - v[i]] + w[i] );
		}
		memcpy(f, g, sizeof(g));
	}
	cout << f[m] << endl;
}

我们只需修改一下代码即可: 

 for (int j = 0; j <= m; j++)
        {
            if (j < v[i])
                g[j] = f[j];
            else
                g[j]= max( f[j],f[j - v[i]] + w[i] );
        }
        memcpy(f, g, sizeof(g));

f[j] 前i-1 个物品的总体积;

g[j] 前i 给物品的总体积;

我们只需要把g[j]求出来,然后更新f[j]即可;

不理解的话可以看一下模拟过程:

 

再次优化:

上面的优化过程我们用了g[N]的数组;

如何只用一个f[N]的数组来写?

只需要改变一下代码:

for (int j = m; j>=v[i]; j--)
        {
            f[j] = max(f[j], f[j - v[i]] + w[i]);
        }

#include<iostream>
#include<math.h>
using namespace std;
const int N = 1e4;
int v[N], w[N];
int f[N];

int main()
{
	int n, m;
	cin >> n >> m;
	for (int i = 1; i <= N; i++)
	{
		cin >> v[i] >> w[i];
	}
	for (int i = 1; i <= n; i++)
	{
		for (int j = m; j>=v[i]; j--)
		{
			f[j] = max(f[j], f[j - v[i]] + w[i]);
		}
	}
	cout << f[m] << endl;
}

练习:

题目:

 [NOIP2006 普及组] 开心的金明 - 洛谷

 [NOIP2005 普及组] 采药 - 洛谷

 AC代码:

(1)

#include<iostream>
#include<math.h>
using namespace std;
int f[100004],v[100000], p[100000];

int main()
{
	
	int n, m;
	cin >> n >> m;
	for (int i = 1; i <= m; i++)
		cin >> v[i] >> p[i];
	for (int i = 1; i <= m; i++)
	{
		int t = 0;
		for (int j = n; j >= v[i]; j--)
		{
			f[j] = max(f[j], f[j - v[i]] + p[i]*v[i]);
		}
	}
	cout << f[n] << endl;
}

(2)

#include<iostream>
#include<math.h>
using namespace std;
int f[1004], T[1000], W[1000];
int main()
{
	int t, m;
	cin >> t >> m;
	for (int i = 1; i <= m; i++)
		cin >> T[i] >> W[i];

	for (int i = 1; i <= m; i++)
	{
		for (int j = t; j >= T[i]; j--)
		{
			f[j] = max(f[j], f[j - T[i]] + W[i]);
		}
	}
	cout << f[t] << endl;
}

完结!

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