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01背包问题中滚动数组的理解

时间:2022-12-28 14:45:40浏览次数:65  
标签:01 滚动 weight value 背包 数组 物品 dp

 

时间:2022/12/28

 

问题:

背包的最大重量为4。每个物品只有一个,物品重量及价值如下所示:

  重量 价值
物品0 1 15
物品1 3 20
物品2 4 30

问背包能背的物品最大价值是多少?

 

上面这个题目是一个典型的01背包问题,可以通过构建一个二维dp数组来进行求解,这种方式比较容易理解。但实际上该问题的状态是可以压缩的,我们可以看一下使用二维数组时的递推公式:dp[i][j] = max(dp[i-1][j], dp[i-1][j-weight[i]] + value[i]。从中可以发现如果把dp[i-1]这一层拷贝到dp[i]上,表达式可以修改成:dp[i][j] = max(dp[i][j], dp[i][j-weight[i]] + value[i]。由于这个表达式中只涉及到第i层,不再需要第i-1层,所以可以将原来的二维dp数组简化成一维dp数组,即dp[j](也就是题目所说的滚动数组)。

下面我们就按照动规五部曲来进行分析:

1. 确定dp数组的定义

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. 一维dp数组的递推公式

dp[j]有两个选择,一是取自己,相当于二维dp数组中的dp[i-1][j],即不放物品i,另一个是取dp[j - weight[i]] + value[i],即放物品i。需要取这两个选择的最大值。

所以递推公式为:dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i];

3. 一维dp数组如何初始化

p[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。

那么dp数组除了下标0的位置,初始为0,其他下标应该初始化多少呢?

看一下递归公式:dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);

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就可以了。

这样才能让dp数组在递归公式的过程中取的最大的价值,而不是被初始值覆盖了。

那么我假设物品价值都是大于0的,所以dp数组初始化的时候,都初始为0就可以了。

4. 一维dp数组遍历顺序

代码如下:

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

上述代码需要注意两个问题:

一是遍历背包容量时为什么要>=weight[i]?

因为下面一行的递推公式其实就是二维dp数组中j>=weight[i]时的递推公式,当j<weight[i]时,二维dp数组应该有递推公式dp[i][j]=dp[i-1][j],放到一维dp数组中应该是dp[j]=dp[j],也就是可以不用写。

二是为什么一维dp遍历的时候,背包是从大到小?

举一个例子:物品0的重量weight[0] = 1,价值value[0] = 15

如果正序遍历

dp[1] = dp[1 - weight[0]] + value[0] = 15

dp[2] = dp[2 - weight[0]] + value[0] = 30

此时dp[2]就已经是30了,意味着物品0,被放入了两次,所以不能正序遍历。

为什么倒序遍历,就可以保证物品只放入一次呢?

倒序就是先算dp[2]

dp[2] = dp[2 - weight[0]] + value[0] = 15 (dp数组已经都初始化为0)

dp[1] = dp[1 - weight[0]] + value[0] = 15

所以从后往前循环,每次取得状态不会和之前取得状态重合,这样每种物品就只取一次了。

5. 举例推到dp数组

 

 

参考:

1. https://www.programmercarl.com/%E8%83%8C%E5%8C%85%E7%90%86%E8%AE%BA%E5%9F%BA%E7%A1%8001%E8%83%8C%E5%8C%85-2.html#%E4%B8%80%E7%BB%B4dp%E6%95%B0%E7%BB%84-%E6%BB%9A%E5%8A%A8%E6%95%B0%E7%BB%84

标签:01,滚动,weight,value,背包,数组,物品,dp
From: https://www.cnblogs.com/machi12/p/17009763.html

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