46.携带研究材料
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动规五部曲:
1.dp数组及其下标含义:dp[i][j] 表示从下标为[0-i]的物品里任意取,放进容量为j的背包,价值总和最大是多少。如图所示:
2.确定递推公式: 从物品i是否放进背包两个角度来考虑。
- 不放物品i:由dp[i - 1][j]推出,即背包容量为j,里面不放物品i的最大价值,此时dp[i][j]就是dp[i - 1][j]。(当物品i的重量大于背包j的重量时,物品i无法放进背包中,所以背包内的价值依然和前面相同。)
- 放物品i:由dp[i - 1][j - weight[i]]推出,dp[i - 1][j - weight[i]] 为背包容量为j - weight[i]的时候不放物品i的最大价值,那么dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i] (物品i的价值),就是背包放物品i得到的最大价值。
所以递归公式: dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i]);
3.dp数组如何初始化:首先从dp[i][j]的定义出发,如果背包容量j为0的话,即dp[i][0],无论是选取哪些物品,背包价值总和一定为0。而从状态转移方程 dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i])可以看出i 是由 i-1 推导出来,那么i为0的时候就一定要初始化。
dp[0][j],即:i为0,存放编号0的物品的时候,各个容量的背包所能存放的最大价值。那么很明显当 j < weight[0]的时候,dp[0][j] 应该是 0,因为背包容量比编号0的物品重量还小。当j >= weight[0]时,dp[0][j] 应该是value[0],因为背包容量放足够放编号0物品。
4.确定遍历顺序:dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i]); 递归公式中可以看出dp[i][j]是靠dp[i-1][j]和dp[i - 1][j - weight[i]]推导出来的。dp[i-1][j]和dp[i - 1][j - weight[i]] 都在dp[i][j]的左上角方向(包括正上方向)虽然两个for循环遍历的次序不同,但是dp[i][j]所需要的数据就是左上角,根本不影响dp[i][j]公式的推导!
5.举例推导dp数组:背包最大重量为4。物品为:
重量 | 价值 | |
---|---|---|
物品0 | 1 | 15 |
物品1 | 3 | 20 |
物品2 | 4 | 30 |
dp数组为:
代码如下:
def bag_problem(weights, values, bag):
dp = [[0] * (bag + 1) for _ in range(len(weights))] # 初始化dp数组全为0
for j in range(weights[0], bag + 1): # 初始化存放物品0的时候背包中的价值
dp[0][j] = values[0]
for i in range(1, len(weights)): # 先遍历物品
for j in range(bag + 1): # 再遍历背包
if j < weights[i]: # 放不下第i个物品
dp[i][j] = dp[i - 1][j] # 则与上一行的dp值相等
else: # 若能放入第i个物品
dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - weights[i]] + values[i]) # 背包放物品i得到的最大价值
return dp[-1][-1]
本题也可以用一维的dp数组(滚动数组)进行实现。
动规五部曲:
1.dp数组及下标含义:在二维dp数组的情况下,dp数组的含义是从[0,i]的物品中任意取装入容量为j的背包中能够获得的最大价值总和。那么在一维dp数组中,dp[j]表示:容量为j的背包,所背的物品价值可以最大为dp[j]。
2.确定递推公式:dp[j]可以通过dp[j - weight[i]]推导出来,dp[j - weight[i]]表示容量为j - weight[i]的背包所背的最大价值。dp[j - weight[i]] + value[i] 表示容量为 j - 物品i重量的背包加上物品i的价值。(也就是容量为j的背包,放入物品i了之后的价值即:dp[j])此时dp[j]有两个选择,一个是取自己dp[j] 相当于 二维dp数组中的dp[i-1][j],即不放物品i,一个是取dp[j - weight[i]] + value[i],即放物品i,指定是取最大的,毕竟是求最大价值,所以递归公式为:
dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i])
3.dp数组初始化:dp[j]表示:容量为j的背包,所背的物品价值可以最大为dp[j],那么dp[0]就应该是0,因为背包容量为0所背的物品的最大价值就是0。因为递归公式:dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]); 所以dp数组在推导的时候一定是取价值最大的数,如果题目给的价值都是正整数那么非0下标都初始化为0即可。
4.dp数组遍历顺序:二维dp遍历的时候,背包容量是从小到大,而一维dp遍历的时候,背包是从大到小。因为倒序遍历是为了保证物品i只被放入一次!。如果一旦正序遍历,那么物品0就会被重复加入多次。
5.举例推导dp数组:
代码如下:
def test_1_wei_bag_problem(weight, value, bagWeight):
# 初始化
dp = [0] * (bagWeight + 1)
for i in range(len(weight)): # 遍历物品
for j in range(bagWeight, weight[i] - 1, -1): # 遍历背包容量
dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i])
return dp[bagWeight]
416.分割等和子集
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思路:找到集合里能够出现 sum / 2 的子集总和,就可以分割成两个相同元素和子集。本题需要把01背包的思路套上来:
- 背包的体积为sum / 2
- 背包要放入的商品(集合里的元素)重量为 元素的数值,价值也为元素的数值
- 背包如果正好装满,说明找到了总和为 sum / 2 的子集。
- 背包中每一个元素是不可重复放入。
动规五部曲:
1.dp数组及其下标含义:本题中每一个元素的数值既是重量,也是价值。dp[j]表示 背包总容量(所能装的总重量)是j,放进物品后,背的最大重量为dp[j]。那么如果背包容量为target, dp[target]就是装满 背包之后的重量,所以当 dp[target] == target 时,说明背包装满。
2.确定递推公式:01背包的递推公式为:dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);本题则相当于背包里放入数值,那么物品i的重量是nums[i],其价值也是nums[i]。所以递推公式为:dp[j] = max(dp[j], dp[j - nums[i]] + nums[i]);
3.dp数组初始化:全部初始化为0即可;
4.确定遍历顺序:如果使用一维dp数组,物品遍历的for循环放在外层,遍历背包的for循环放在内层,且内层for循环倒序遍历;
5.举例推导dp数组:dp[j]的数值一定是小于等于j的。如果dp[j] == j 说明,集合中的子集总和正好可以凑成总和j。
class Solution:
def canPartition(self, nums: List[int]) -> bool:
dp = [0] * 10001 # 初始化为全零,因为总和不超过20000,所以设置sum/2的值就可以
if sum(nums) % 2 == 1: # 如果和为奇数,说明不可能分割成两个等和子集
return False
target = sum(nums) // 2 # 目标值为sum/2
for i in nums: # 先遍历物品
for j in range(target, i - 1, -1): # 再倒序遍历背包
dp[j] = max(dp[j], dp[j - i] + i)
if dp[target] == target:
return True
else:
return False