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代码随想录算法训练营第四十六天|动态规划:完全背包理论基础、518.零钱兑换II、377. 组合总和 Ⅳ

时间:2024-06-04 17:33:26浏览次数:29  
标签:背包 随想录 II 遍历 本题 物品 第四十六 dp 顺序

动态规划:完全背包理论基础

文档讲解:代码随想录

题目链接:52. 携带研究材料(第七期模拟笔试)

完全背包

有N件物品和一个最多能背重量为W的背包。第i件物品的重量是weight[i],得到的价值是value[i] 。每件物品都有无限个(也就是可以放入背包多次),求解将哪些物品装入背包里物品价值总和最大。

完全背包和01背包问题唯一不同的地方就是,每种物品有无限件

背包最大重量为4。

物品为:

重量价值
物品0115
物品1320
物品2430

每件商品都有无限个!

问背包能背的物品最大价值是多少?

01背包和完全背包唯一不同就是体现在遍历顺序上,所以本文就不去做动规五部曲了,我们直接针对遍历顺序经行分析!

01背包内嵌的循环是从大到小遍历,为了保证每个物品仅被添加一次。

而完全背包的物品是可以添加多次的,所以要从小到大去遍历,即:

// 先遍历物品,再遍历背包
for(int i = 0; i < weight.size(); i++) { // 遍历物品
    for(int j = weight[i]; j <= bagWeight ; j++) { // 遍历背包容量
        dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);

    }
}

01背包中二维dp数组的两个for遍历的先后循序是可以颠倒了,一维dp数组的两个for循环先后循序一定是先遍历物品,再遍历背包容量。(这个是为什么)

在纯完全背包中,对于一维dp数组来说,其实两个for循环嵌套顺序是无所谓的!

因为dp[j] 是根据 下标j之前所对应的dp[j]计算出来的。 只要保证下标j之前的dp[j]都是经过计算的就可以了。

 先遍历物品再遍历背包:

完全背包中,两个for循环的先后循序,都不影响计算dp[j]所需要的值(这个值就是下标j之前所对应的dp[j])。

之前的0、1背包在二维dp数组中是用dp[i-1][j]限制不可重复,在一维dp数组中是通过倒序遍历来实现不重复选取

# 输入研究材料的种类数量和行李空间
N, V = map(int, input().split())

# 初始化列表来存储每种研究材料的重量和价值
weights = []
values = []

# 输入每种研究材料的重量和价值
for _ in range(N):
    w, v = map(int, input().split())
    weights.append(w)
    values.append(v)
dp = [0] * (V+1)
def test_CompletePack(N,V,weights,values,dp):
    for i in range(N):#先遍历物品
        for j in range(weights[i],V+1): #再遍历背包
            dp[j] = max(dp[j],dp[j-weights[i]]+values[i]) 
    print(dp[V])
test_CompletePack(N,V,weights,values,dp)

518.零钱兑换II

文档讲解:代码随想录

题目链接:. - 力扣(LeetCode)

 本题要求的是组合数    本题是一个完全背包问题

dp数组的含义

dp[j] 装满容量为j的背包,有dp[j]种方法

递推公式(参考上一节的目标和)

dp[j] += dp[j-coins[i]]

初始化

dp[0]=1,非0下标初始为0

(如果初始化为0,后面累加就都是0)

遍历顺序

本题的遍历顺序有讲究,这个题不是纯完全背包

本题中我们是外层for循环遍历物品(钱币),内层for遍历背包(金钱总额),还是外层for遍历背包(金钱总额),内层for循环遍历物品(钱币)呢?

我在动态规划:关于完全背包,你该了解这些! (opens new window)中讲解了完全背包的两个for循环的先后顺序都是可以的。

但本题就不行了!

因为纯完全背包求得装满背包的最大价值是多少,和凑成总和的元素有没有顺序没关系,即:有顺序也行,没有顺序也行!

而本题要求凑成总和的组合数,元素之间明确要求没有顺序。

所以纯完全背包是能凑成总和就行,不用管怎么凑的。

本题是求凑出来的方案个数,且每个方案个数是为组合数。

那么本题,两个for循环的先后顺序可就有说法了。

我们先来看 外层for循环遍历物品(钱币),内层for遍历背包(金钱总额)的情况。

for (int i = 0; i < coins.size(); i++) { // 遍历物品
    for (int j = coins[i]; j <= amount; j++) { // 遍历背包容量
        dp[j] += dp[j - coins[i]];
    }
}

假设:coins[0] = 1,coins[1] = 5。

那么就是先把1加入计算,然后再把5加入计算,得到的方法数量只有{1, 5}这种情况。而不会出现{5, 1}的情况。

所以这种遍历顺序中dp[j]里计算的是组合数!

如果把两个for交换顺序,代码如下:

for (int j = 0; j <= amount; j++) { // 遍历背包容量
    for (int i = 0; i < coins.size(); i++) { // 遍历物品
        if (j - coins[i] >= 0) dp[j] += dp[j - coins[i]];
    }
}

背包容量的每一个值,都是经过 1 和 5 的计算,包含了{1, 5} 和 {5, 1}两种情况。

此时dp[j]里算出来的就是排列数!

可能这里很多同学还不是很理解,建议动手把这两种方案的dp数组数值变化打印出来,对比看一看!(实践出真知)

总结

本题的递推公式,其实我们在494. 目标和 (opens new window)中就已经讲过了,而难点在于遍历顺序!

在求装满背包有几种方案的时候,认清遍历顺序是非常关键的。

如果求组合数就是外层for循环遍历物品,内层for遍历背包

如果求排列数就是外层for遍历背包,内层for循环遍历物品。(不懂)

class Solution:
    def change(self, amount: int, coins: List[int]) -> int:
        #定义do数组和初始化
        dp = [0] *(amount+1)
        dp[0] = 1
        #递推遍历
        #先遍历物品,再遍历背包,求出来的才是组合数
        for i in coins:
            for j in range(i,amount+1):
                dp[j] += dp[j-i]
        return dp[amount]

377. 组合总和 Ⅳ

 文档讲解:​​​​​​​代码随想录

题目链接:​​​​​​​. - 力扣(LeetCode)

本题题目描述说是求组合,但又说是可以元素相同顺序不同的组合算两个组合,其实就是求排列!

弄清什么是组合,什么是排列很重要。

组合不强调顺序,(1,5)和(5,1)是同一个组合。

排列强调顺序,(1,5)和(5,1)是两个不同的排列。

大家在公众号里学习回溯算法专题的时候,一定做过这两道题目回溯算法:39.组合总和 (opens new window)回溯算法:40.组合总和II (opens new window)会感觉这两题和本题很像!

但其本质是本题求的是排列总和,而且仅仅是求排列总和的个数,并不是把所有的排列都列出来。

如果本题要把排列都列出来的话,只能使用回溯算法爆搜

动规五部曲分析如下:

确定dp数组以及下标的含义

dp[i]: 凑成目标正整数为i的排列个数为dp[i]

确定递推公式

dp[i](考虑nums[j])可以由 dp[i - nums[j]](不考虑nums[j]) 推导出来。

因为只要得到nums[j],排列个数dp[i - nums[j]],就是dp[i]的一部分。

动态规划:494.目标和 (opens new window)和 动态规划:518.零钱兑换II (opens new window)中我们已经讲过了,求装满背包有几种方法,递推公式一般都是dp[i] += dp[i - nums[j]];

本题也一样。

dp数组如何初始化

因为递推公式dp[i] += dp[i - nums[j]]的缘故,dp[0]要初始化为1,这样递归其他dp[i]的时候才会有数值基础。

至于dp[0] = 1 有没有意义呢?

其实没有意义,所以我也不去强行解释它的意义了,因为题目中也说了:给定目标值是正整数! 所以dp[0] = 1是没有意义的,仅仅是为了推导递推公式。

至于非0下标的dp[i]应该初始为多少呢?

初始化为0,这样才不会影响dp[i]累加所有的dp[i - nums[j]]。

确定遍历顺序

个数可以不限使用,说明这是一个完全背包。

得到的集合是排列,说明需要考虑元素之间的顺序。

本题要求的是排列,那么这个for循环嵌套的顺序可以有说法了。

动态规划:518.零钱兑换II (opens new window)中就已经讲过了。

如果求组合数就是外层for循环遍历物品,内层for遍历背包

如果求排列数就是外层for遍历背包,内层for循环遍历物品

如果把遍历nums(物品)放在外循环,遍历target的作为内循环的话,举一个例子:计算dp[4]的时候,结果集只有 {1,3} 这样的集合,不会有{3,1}这样的集合,因为nums遍历放在外层,3只能出现在1后面!

所以本题遍历顺序最终遍历顺序:target(背包)放在外循环,将nums(物品)放在内循环,内循环从前到后遍历

class Solution:
    def combinationSum4(self, nums: List[int], target: int) -> int:
        dp = [0] * (target+1)
        dp[0] = 1
        #排列,先遍历背包,后遍历物品,完全背包,正序遍历
        for i in range(0,target+1):
            for j in nums:
                if j <= i:
                    dp[i] += dp[i-j]
        return dp[target]

 

标签:背包,随想录,II,遍历,本题,物品,第四十六,dp,顺序
From: https://blog.csdn.net/qq_52149213/article/details/139361709

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