01背包问题: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?
在选择装入背包的物品时,对每种物品i只有两种选择,即装入或者不装入。不能将物品i装入背包多次也不能只装部分的物品i。因此成为01背包问题。
01背包问题的经典解法是动态规划法。
动态规划的基本思想():
将一个问题分解为子问题递归求解,且将中间结果保存以避免重复计算。通常用来求最优解,且最优解的局部也是最优的。求解过程产生多个决策序列,下一步总是依赖上一步的结果,自底向上的求解。
动态规划算法可分解成从先到后的4个步骤:
1. 描述一个最优解的结构,寻找子问题,对问题进行划分。
2. 定义状态。往往将和子问题相关的各个变量的一组取值定义为一个状态。某个状态的值就是这个子问题的解(若有k个变量,一般用K维的数组存储各个状态下的解,并可根 据这个数组记录打印求解过程。)。
3. 找出状态转移方程。一般是从一个状态到另一个状态时变量值改变。
4.以“自底向上”的方式计算最优解的值。
5. 从已计算的信息中构建出最优解的路径。(最优解是问题达到最优值的一组解)
其中步骤1~4是动态规划求解问题的基础,如果题目只要求最优解的值,则步骤5可以省略。
设01背包问题的子问题的最优值为m(i,j),m(i,j)是背包容量为j,可选物品为1,2,,,i时01背包问题的最优值。由01背包的性质可以得到状态转移方程:
m[i][j] = max(m[i-1][j],m[i-1][j-w[i-1]]+v[i-1]) (j>=wi)
m[i][j] = m[i-1][j] (0<=j<wi)
实现代码:
package _01pakage;import java.util.Arrays;/** *01背包问题 *@author wxisme *@time 2015-10-20 下午5:37:17 */public class Solve_01pakage { /** * * @param c 背包容量 * @param n 物品种类 * @param w 物品重量 * @param v 物品价值 * @return m[i][j] 将前i件物品装入背包可以获得的最大价值 */ public static int[][] knapSack(int c, int n, int[] w, int[] v) { int[][] m = new int[n+1][c+1]; for(int i=0; i<=n; i++) { m[i][0] = 0; } for(int i=0; i0; i--) { //全局最优值 if(m[i][c] > m[i-1][c]) { ret[i-1] = 1; c -= w[i-1]; } } System.out.println("res:"); for(int i=0; i
测试代码:
public static void main(String[] args) { int[] w = {2,2,6,5,4}; int[] v = {6,3,5,4,6}; int n = 5; int c = 10; traceBack(knapSack(c,n,w,v), n, w, c);}
测试结果:
res:
1 1 0 0 1可以跟踪一下m[][]的值
0 6 6 6 6 6 6 6 6 6
0 6 6 9 9 9 9 9 9 9 0 6 6 9 9 9 9 11 11 14 0 6 6 9 9 9 10 11 13 14 0 6 6 9 9 12 12 15 15 15