0-1背包问题——动态规划法

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?

分析:对于一种物品,要么装入背包,要么不装。所以对于一种物品的装入状态可以取0和1。设物品i的装入状态为xi,xi∈ (0,1),此问题称为0-1背包问题。

数据:物品个数n=5,物品重量w[5]={2,2,6,5,4},物品价值v[5]={6,3,5,4,6},总重量c=10。背包的最大容量为10,那么在设置数组m大小时,可以设行列值为5和10,那么,对于m(i,j)就表示可选物品为i到n且背包容量为j(总重量)时背包中所放物品的最大价值。看下面这个表格即为动态规划法解0-1背包问题的过程:

表格中灰色的为序号:列的1~5表示5个物品,横向的1~10表示背包的容量,绿色的列表示相对应物品的的重量,浅蓝色的一列表示相对应物品的价值。假设新建一个5*10的数组对应图片中的棕色部分,棕色部分即为求解的过程,具体求解过程如下:

图上所示的求解过程是从下往上求解,也就是说先分析第5个物品,最后分析第一个物品。当背包中为空的时候,考虑第5个物品,当背包容量为1, 2, 3的时候这个背包都是装不下物品5的,因为物品5的重量是4,因此对应的当背包容量为1, 3, 3的时候背包里面东西的价值(棕色表格里面的值)也是为0,当背包容量大于等于4的时候背包可以放下物品5,所以背包里面东西的价值就是6(因为这里先只考虑只有一件物品5的时候),到此只有物品5的情况已经分析完毕;

接下来分析同时拥有物品5和物品4的情况,当背包容量为1, 2, 3的时候,背包里面既放不下4物品也放不下5物品,所以背包里面物品的价值为0,当背包容量大于等于4的时候,至少可以放下物品5了,这个时候就要取舍了,到底是将物品5放进去价值大还是将物品4放进去价值大,当背包容量为4的时候,只能放进去物品5,价值为6,当背包容量为5的时候如果选择房屋物品4,那么剩余的背包容量为0,查找背包重量为0的列(在前面步骤已经填充过的部分,这里只填充了第5行第1列的位置),找这一列的最大值为0,所以选择放物品4的时候背包价值最大为4<不放物品4(剩余背包容量为5,查找背包容量5对应的填充过的部分,其最大值为6)时候的6,所以在背包容量为5的时候的最优值是放物品5而不放物品4,一直分析到背包容量为9的时候当选择放入物品4的时候,剩余背包容量为4,再查找背包容量为4时候已经填充过的部分(即最后一行),可以查得最大值为6,所以这个时候选择放入物品4可以获得的最大价值为10。...

中间的过程都是如此,这里再分析一下最后一个物品的放置,背包容量为2的时候,如果放入物品1,获得的价值为6,剩余背包容量为0,剩余背包容量获得的最大价值为0,所以6+0=6为最大价值,如果不放入1物品,剩余背包容量为2,剩余背包容量可以获得的最大价值为3,所以最优的时候应该是放入物品1;背包容量为3的时候,若放入1物品,获得价值6,剩余背包容量1可以获得的最大价值为0,所以放入物品1可以获得的最大价值为6,如果不放入物品1,那么剩余背包容量3可以获得的最大价值(在已经填充过的部分查找)为3,所以这时也是放入物品1为最优......当背包容量为8的时候放入物品1获得价值6,剩余背包容量6可以获得最大价值为9,放入物品1的最大价值为6+9=15,如果不放入物品1,剩余背包容量8可以获得的最大价值为9,所以此时也是放入物品1最优。

总结:通过上面的分析过程,可以归结为:先考虑这个物品放入的时候可以获得的最大价值(这个物品的价值+剩余背包(背包总容量-该物品重量)容量可以获得的最大价值),再考虑不放入这个物品的时候可以获得的最大价值(剩余背包容量(此时就是背包总重量)可以获得的最大价值),然后将2者进行比较,那种结果的价值大就将哪种结果的价值保存下来,依次类推。

#include<stdio.h>  

const int c = 10;             //背包的容量
const int w[] = {2,2,6,5,4};//物品的重量
const int v[] = {6,3,5,4,6};//物品对应的待加
const int n = sizeof(w)/sizeof(w[0]) - 1 ; //n为物品的个数
int x[n];  

void package0_1(int m[][10],const int w[],const int v[],const int n)//n代表物品的个数
{
    int i, j;
/*********************************最后一个物品单独放置*********************************/
    for(j = 1; j <= c; j++)
	{
       if(j < w[n]) /*背包容量<最后一个物品的重量时*/
		   m[n][j-1] = 0;
       else /*背包能够放下最后一个物品时*/
		   m[n][j-1] = v[n];
	}

/*********************************放置前n-1个物品*********************************/
    for(i = n-1; i >= 0; i--)
        for(j = 1; j <= c; j++)
		{
           if(j < w[i])
               m[i][j-1] = m[i+1][j-1];//如果j < w[i]则,当前位置就不能放置,它等于上一个位置的值
           else //否则,就比较到底是放置之后的值大,还是不放置的值大,选择其中较大者
			   m[i][j-1] = m[i+1][j-1] > m[i+1][j-1-w[i]]+v[i] ? m[i+1][j-1] : m[i+1][j-1-w[i]]+v[i];
		}
}
void answer(int m[][10],const int n)
{
    int j = c-1; /*i = 0, j= c-1坐标上存放着背包容量为c时的最大价值*/
    int i; 

    for(i = 0; i < n; i++)
        if(m[i][j] == m[i+1][j])
			x[i] = 0;
        else
		{
			x[i] = 1;  /*如果当前物品放入了背包*/
			j = j - w[i];  /*重新计算背包剩余容量,以计算在取最优时其他物品的取舍情况*/
        }
	i -= 1;
    x[n] = m[i][j] ? 1 : 0;
}
int main()
{
 int m[6][10]={0};
 int i, j;

 package0_1(m,w,v,n);
 for(i = 0; i <= 4; i++)
 {
     for(j = 0; j < 10; j++)
     printf("%3d ",m[i][j]);
     printf("\n");
 }
 answer(m,n);
 printf("The best answer is:\n");
 for(i = 0; i < 5; i++)
	printf("%d ",  x[i]);
 printf("\n");

 return 0;
}  

程序运行结果如下:

0-1背包问题——动态规划法

时间: 2024-08-08 13:42:12

0-1背包问题——动态规划法的相关文章

0/1背包问题的动态规划法求解 —— Java 实现

0/1背包问题的动态规划法求解,前人之述备矣,这里所做的工作,不过是自己根据理解实现了一遍,主要目的还是锻炼思维和编程能力,同时,也是为了增进对动态规划法机制的理解和掌握. 值得提及的一个问题是,在用 JAVA 实现时, 是按算法模型建模,还是用对象模型建模呢? 如果用算法模型,那么 背包的值.重量就直接存入二个数组里:如果用对象模型,则要对背包以及背包问题进行对象建模.思来想去,还是采用了对象模型,尽管心里感觉算法模型似乎更好一些.有时确实就是这样,对象模型虽然现在很主流,但也不是万能的,采用

背包问题:0/1背包问题 普通背包问题(贪心算法只适用于普通背包问题)

//sj和vj分别为第j项物品的体积和价值,W是总体积限制. //V[i,j]表示从前i项{u1,u2,…,un}中取出来的装入体积为j的背包的物品的最大价值. 第一种:0/1背包问题 最大化 ,受限于  1)若i=0或j=0,  V[i,j] = 0 2)若j<si, V[i,j] = V[i-1,j] 3)若i>0且j>=si, V[i,j] = Max{V[i-1,j],V[i-1,j-si]+vi} 第二种:背包问题:在选择物品i装入背包时,可以选择物品i的一部分,而不一定要全部

0/1背包问题(回溯法)

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,按深度优先策略,从根结点出发搜索解空间树.算法搜索至解空间树的任意一结点时,先判断该结点是否包含问题的解.如果肯定不包含,则跳过对该结点为根的子树搜索,逐层向其祖先结点回溯:否则 ,进入该子树,继续按深度优先策略搜索. 问题的解空间 用回溯法解问题时,应明确定义问题的解空间.问题的解空间至少包含问题的一个(最优)解.对于 n=3 时的 0/1 背包问题,可用一棵完全二叉树表示解空间,如图所示: 求解步骤 1)针对所

动态规划算法实现部分——0/1背包问题

代码: import java.util.*; import java.util.Scanner; /* *动态规划思想解决0/1背包问题 */ public class Main{ public static void main(String[] args){ Scanner in=new Scanner(System.in); System.out.println("输入背包的容量"); int bagCap=in.nextInt(); //背包的容量 System.out.pri

动态规划算法求解0,1背包问题

首先我们来看看动态规划的四个步骤: 1. 找出最优解的性质,并且刻画其结构特性: 2. 递归的定义最优解: 3. 以自底向上的方式刻画最优值: 4. 根据计算最优值时候得到的信息,构造最优解 其中改进的动态规划算法:备忘录法,是以自顶向下的方式刻画最优值,对于动态规划方法和备忘录方法,两者的使用情况如下: 一般来讲,当一个问题的所有子问题都至少要解一次时,使用动态规划算法比使用备忘录方法好.此时,动态规划算法没有任何多余的计算.同时,对于许多问题,常常可以利用其规则的表格存取方式,减少动态规划算

动态规划0—1背包问题

动态规划0-1背包问题 ? 问题描写叙述: 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.问应怎样选择装入背包的物品,使得装 入背包中物品的总价值最大? ? 对于一种物品,要么装入背包,要么不装.所以对于一种物品的装入状态能够取0和1.我们设物品i的装入状态为xi,xi∈ (0,1),此问题称为0-11背包问题. 过程分析 数据:物品个数n=5,物品重量w[n]={0,2,2,6,5,4},物品价值V[n]={0,6,3,5,4,6}, (第0位,置为0,不參与计算,仅

【算法设计与分析】7、0/1背包问题,动态规划

/** * 书本:<算法分析与设计> * 功能:给定n种物品和一个背包,物品i的重量是Wi, 其价值为Vi,问如何选择装入背包的物品,使得装入背包的物品的总价值最大? * 文件:beiBao.cpp * 时间:2014年11月30日19:22:47 * 作者:cutter_point */ #include <iostream> #define SIZEBEIBAO 20 using namespace std; //这个背包问题的最优的子结构是 /* 首先这里一共有m种物品,背包

第十六章 贪心算法——0/1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:

基础算法(七)——动态规划【0/1背包问题】

首先,对于动态规划,我来做一个简短的介绍,相信各位都看得懂.动态规划(dynamic programming)是运筹学的一个分支,是求解决策过程(decision process)最优化的数学方法.先给一道最简单的例题(小学奥数水平): 这就是一个模拟的动态规划法! 好了,现在开始认识一下最简单的动态规划实例:0/1背包. [问题描述]有一位旅行者要出远门,到商店里去筹备东西.在商店里,摆放了n样物品,每种物品有各自的体积,但是每种物品只有一件.这个旅行家有一个限制装V个体积的物品的背包,但是这