背包问题
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了背包问题相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
复健\\(Day1\\)
今天复习基础背包问题，在\\(ACWing\\)上使用挑战模式去打模板，提高打代码速度
\\(01\\)背包
解决每种物品只有一样的情况
时间复杂度\\(O(nV)\\)，空间复杂度优化后为\\(O(V))\\)
空间优化的代码中体积一维从后往前更新，因为其递推公式为\\(dp[i][j]=max(dp[i-1][j],dp[i-1][j-v[i]]+w[i])\\)，若我们从前往后更新那么相当于改变了\\(dp[i-1][j-v[i]]\\)的值，这样会对后面的更新造成影响
#include<iostream>
#include<cstdio>
#define maxn 1010
using namespace std;
int dp[maxn],v[maxn],w[maxn];
int n,V;
int main()
cin>>n>>V;
for(int i=1;i<=n;i++) cin>>v[i]>>w[i];
for(int i=1;i<=n;i++)
for(int j=V;j>=v[i];j--) dp[j]=max(dp[j],dp[j-v[i]]+w[i]);
printf("%d\\n",dp[V]);
return 0;
多重背包
解决每种物品有确定值的情况
二进制优化
进行二进制优化后，时间复杂度由\\(O(nVs)\\)优化为\\(O(nVlogs)\\)
之所以能进行二进制优化的原因：对于某种数量\\(s\\)，我们不需要从\\(0\\)开始枚举其选择的数量，而是采用分组打包的方式\\(:2\\ ^0,2\\ ^1,...2\\ ^k\\)，直至\\(s-2\\ ^k+1\\leqslant 0\\)时，无法再用\\(2\\ ^t\\)的形式表示，那么最后一组就为\\(s-2\\ ^k+1\\)个，这样我们的枚举数就从原本的\\(s\\)优化为了\\(logs\\)了
体积一维从后往前更新，因为其递推公式为\\(dp[i][j]=max(dp[i-1][j],dp[i-1][j-v[i]]+w[i])\\)
#include<iostream>
#include<cstdio>
#define maxn 2010
using namespace std;
int dp[maxn],v[maxn],w[maxn],s[maxn],nv[maxn],nw[maxn],cnt;
int n,V;
int main()
cin>>n>>V;
for(int i=1;i<=n;i++)
cin>>v[i]>>w[i]>>s[i];
int k;
for(k=1;s[i]-(1<<k)+1>=0;k++)
nv[++cnt]=v[i]*(1<<(k-1));
nw[cnt]=w[i]*(1<<(k-1));
k--;
nv[++cnt]=v[i]*(s[i]-(1<<k));
nw[cnt]=w[i]*(s[i]-(1<<k));
for(int i=1;i<=cnt;i++)
for(int j=V;j>=nv[i];j--) dp[j]=max(dp[j],dp[j-nv[i]]+nw[i]);
printf("%d\\n",dp[V]);
return 0;
优先队列优化
https://www.acwing.com/solution/content/53507/
上面是写的很清楚的解析
滚动数组的长度为\\(s[i]+1\\)，所有满足\\(j\\equiv r(modv[i])\\)进行维护从而得出最大值
最后时间复杂度为\\(O(nV)\\)，空间复杂度为\\(O(v)\\)
#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstring>
using namespace std;
const int N=1010,M=20010;
int g[M],f[M],q[M];
int v[N],w[N],s[N];
int n,V;
int main()
cin>>n>>V;
for(int i=1;i<=n;i++) cin>>v[i]>>w[i]>>s[i];
for(int i=1;i<=n;i++)
memcpy(g,f,sizeof(g));
for(int r=0;r<v[i];r++)
int hh=0,tt=-1;//每次都是新的队列
for(int j=r;j<=V;j+=v[i])
while(hh<=tt&&j-q[hh]>s[i]*v[i]) hh++;//最开头那个f值最大的v，我们的j减去它之后剩余的体积过大，其实没必要存，所以出队
while(hh<=tt&&g[q[tt]]+(j-q[tt])/v[i]*w[i]<=g[j]) tt--;//最后的那个元素并不比g[j]优，无法更新别的元素，所以出队
q[++tt]=j;
f[j]=g[q[hh]]+(j-q[hh])/v[i]*w[i];//更新最前端的那个元素
printf("%d\\n",f[V]);
return 0;
完全背包
解决物品数量为无穷多个的情况
时间复杂度为\\(O(nV)\\)，空间复杂度优化为\\(O(V)\\)
它的体积一维从前往后更新，原因是递推公式为\\(dp[i][j]=max(dp[i-1][j],dp[i][j-v[i]]+w[i])\\)它是由\\(dp[i][j-v[i]]+w[i]\\)更新而来，所以我们要先更新小的\\(j\\)，这样才能进一步更新后面的\\(j\\)
#include<iostream>
#include<cstdio>
#define maxn 2010
using namespace std;
int dp[maxn],v[maxn],w[maxn];
int n,V;
int main()
cin>>n>>V;
for(int i=1;i<=n;i++) cin>>v[i]>>w[i];
for(int i=1;i<=n;i++)
for(int j=v[i];j<=V;j++) dp[j]=max(dp[j],dp[j-v[i]]+w[i]);
printf("%d\\n",dp[V]);
return 0;
混合背包
很简单的，这种情况就是判断此种物品是有一个还是有确定个，还是有无穷多个，使用不同处理即可
#include<iostream>
#include<cstdio>
#define maxn 1010
using namespace std;
int dp[maxn],v[maxn],w[maxn],s[maxn],nv[maxn],nw[maxn],cnt;
int n,V;
int main()
cin>>n>>V;
for(int i=1;i<=n;i++)
cin>>v[i]>>w[i]>>s[i];
if(s[i]==-1)
for(int j=V;j>=v[i];j--) dp[j]=max(dp[j],dp[j-v[i]]+w[i]);
else if(s[i]==0)
for(int j=v[i];j<=V;j++) dp[j]=max(dp[j],dp[j-v[i]]+w[i]);
else
int k;
cnt=0;
for(k=1;s[i]-(1<<k)+1>0;k++)
nv[++cnt]=v[i]*(1<<(k-1));
nw[cnt]=w[i]*(1<<(k-1));
k--;
nv[++cnt]=v[i]*(s[i]-(1<<k)+1);
nw[cnt]=w[i]*(s[i]-(1<<k)+1);
for(int j=1;j<=cnt;j++)
for(int m=V;m>=nv[j];m--) dp[m]=max(dp[m],dp[m-nv[j]]+nw[j]);
printf("%d\\n",dp[V]);
return 0;
动态规划——背包问题python实现（01背包完全背包多重背包）
参考：
01背包问题
描述：
有N件物品和一个容量为V的背包。
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流量，且总价值最大。
二维动态规划
f[i][j] 表示只看前i个物品，总体积是j的情况下，总价值最大是多少。 result = max(f[n][0~V]) f[i][j]:
不选第i个物品：f[i][j] = f[i-1][j];
选第i个物品：f[i][j] = f[i-1][j-v[i]] + w[i]（v[i]是第i个物品的体积） 两者之间取最大。 初始化：f[0][0] = 0 （啥都不选的情况，不管容量是多少，都是0？）
代码如下：
n, v = map(int, input().split()) goods = [] for i in range(n): goods.append([int(i) for i in input().split()]) # 初始化，先全部赋值为0，这样至少体积为0或者不选任何物品的时候是满足要求 dp = [[0 for i in range(v+1)] for j in range(n+1)] for i in range(1, n+1): for j in range(1,v+1): dp[i][j] = dp[i-1][j] # 第i个物品不选 if j>=goods[i-1][0]:# 判断背包容量是不是大于第i件物品的体积 # 在选和不选的情况中选出最大值 dp[i][j] = max(dp[i][j], dp[i-1][j-goods[i-1][0]]+goods[i-1][1]) print(dp[-1][-1])
一维动态优化
从上面二维的情况来看，f[i] 只与f[i-1]相关，因此只用使用一个一维数组[0~v]来存储前一个状态。那么如何来实现呢？
第一个问题：状态转移
假设dp数组存储了上一个状态，那么应该有：
dp[i] = max(dp[i] , dp[i-v[i]]+w[i])max函数里面的dp[i]代表的是上一个状态的值。
第二个问题：初始化
这里开始初始化一个长度为V+1一维数组，选取0个物品时，体积为0~V时的最大价值（值全部为0）。
第三个问题：递推关系
试想一下，我要保证求取第i个状态时，用到一维数组中的值是第i-1个状态的。如果，我从前往后推，那么当我遍历到后面时，我用到的状态就是第i个状态而不是第i-1个状态。比如：
dp[i] = max(dp[i] , dp[i-v[i]]+w[i])这里的dp[i-v[i]]是已经重新赋值的，而不是上一个状态的值，所以这样是错误的。因此，我们要从后往前推。
n, v = map(int, input().split()) goods = [] for i in range(n): goods.append([int(i) for i in input().split()]) dp = [0 for i in range(v+1)] for i in range(n): for j in range(v,-1,-1): # 从后往前 if j >= goods[i][0]: dp[j] = max(dp[j], dp[j-goods[i][0]] + goods[i][1]) print(dp[-1])
确定体积的情况
如果我要求的不是尽可能最大的价值，而是刚好等于背包容量的最大价值，那么该如何去做呢？
完全背包问题
描述：
有N件物品和一个容量为V的背包，每件物品都有无限个！。
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流量，且总价值最大。
一维动态规划
完全背包问题跟01背包问题最大的区别就是每一个物品可以选无数次，因此当我们考虑到第i个物品时，我们应该考虑的情况是：不选这个物品、选一次这个物品、选两次这个物品......，直到不能再选（选的次数k，k*v[i] > j，j为当前背包容量），然后再从这些情况中选最大的。代码如下：
n, v = map(int, input().split()) goods = [] for i in range(n): goods.append([int(i) for i in input().split()]) dp = [0 for i in range(v+1)] for i in range(n): for j in range(v,-1,-1): # 从后往前 k = j//goods[i][0] # 能选多少次 # 从这些次里面取最大 dp[j] = max([dp[j- x* goods[i][0]] + x * goods[i][1] for x in range(k+1)]) print(dp[-1])
一维动态规划（优化）
刚刚那个问题，我们是延续01背包的问题，从后往前递推。但是对于这个问题，其实可以通过从前往后递推。如何理解呢？
假设在考虑第i个物品时的两个状态：
A：dp[k*v[i] + x]
B：dp[(k-1)*v[i] + x]根据前面的归纳，从前一个状态递推过来：
要求A的值，应该要从k+1个状态中选出最大的：
dp[x] + k*w[i] dp[v[i] + x] + (k-1)*w[i] dp[2*v[i] + x] + (k-2)*w[i] ... ... dp[(k-1)*v[i] + x] + w[i] dp[k*v[i] + x要求B的值，应该要从k个状态中选出最大的：
dp[x] + (k-1)*w[i] dp[v[i] + x] + (k-2)*w[i] dp[2*v[i] + x] + (k-3)*w[i] ... ... dp[(k-2)*v[i] + x] + w[i] dp[(k-1)*v[i] + x我们可以看到，一一对应过来的话，这两个状态实际上只差一个w[i]的值。因此：
一方面我们可以根据前一个状态（i-1）推出此时的状态，另一方面由于当前状态前面的值也是当前问题的子问题，因此我们也可以从前面的值推到后面的值。
从前往后递推的代码如下：
n, v = map(int, input().split()) goods = [] for i in range(n): goods.append([int(i) for i in input().split()]) dp = [0 for i in range(v+1)] for i in range(n): for j in range(v+1): if j >= goods[i][0]: dp[j] = max(dp[j], dp[j-goods[i][0]] + goods[i][1]) print(dp[-1])
多重背包问题
描述：
有N件物品和一个容量为V的背包。
第i件物品的体积是vi，价值是wi，数量是si。
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流量，且总价值最大。
一维动态规划
其实跟上面的完全背包问题类似，只不过我们从后往前递推的时候，物体i选取的次数应该要重新考虑下：
k = min(s[i], j//v[i]), j为当前的背包容量代码如下：
n,v = map(int, input().split()) goods = [] for i in range(n): goods.append([int(i) for i in input().split()]) dp = [0 for i in range(v+1)] for i in range(n): for j in range(v, -1, -1): # 考虑两种情况的最小值 k = min(j//goods[i][0], goods[i][2]) dp[j] = max([dp[j-x*goods[i][0]] + x*goods[i][1] for x in range(k+1)]) print(dp[-1])
一维动态规划（转换01背包）
想法很简单，直接把背包中的物品展开，展成很多数量为1的物品，这样就转换为01背包问题。代码如下：
n,v = map(int, input().split()) goods = [] for i in range(n): goods.append([int(i) for i in input().split()]) new_goods = [] # 展开 for i in range(n): for j in range(goods[i][2]): new_goods.append(goods[i][0:2]) goods = new_goods n = len(goods) # 01背包问题 dp = [0 for i in range(v+1)] for i in range(n): for j in range(v,-1,-1): if j>= goods[i][0]: dp[j] = max(dp[j], dp[j - goods[i][0]] + goods[i][1]) print(dp[-1])
以上是关于背包问题的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章