吃貨如何理解01背包問題

背包問題

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先從栗子出發(fā),你是一個有理想的吃貨柔滔,你的肚子只能容納500g 的食物泡徙,為了保證你得到的價值(營養(yǎng))最大化,有以下幾份食物可以選擇

食物 質(zhì)量/weight (100g) 價值/value(10g)
米飯 2 4
黃瓜 1 5
西紅柿 1 8
牛肉 3 10

動動吃貨的小腦筋葛假,就知道,營養(yǎng)價值最大化的選擇是
牛肉+黃瓜+西紅柿 共 23(10g)營養(yǎng)滋恬!
可是該怎么使用程序計(jì)算出答案呢聊训?


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思路

肚子的資源有限,對每一種食物有兩種選擇:吃或者不吃夷恍。
判斷的依據(jù)有兩點(diǎn):

(1)肚子能否裝得下食物魔眨?

(2)吃他的價值,是否比不吃他的價值大酿雪?大則吃下遏暴,不大則不吃。

假設(shè)d(i指黎,w)表示肚子剩w(g)時朋凉,有 i 樣食物可供選擇,我們能得到的最大價值醋安。i 表示第 i 樣食物杂彭。我們需要求的是d(4墓毒,5)

根據(jù)上面的邏輯(1)

  • 如果肚子裝不下,因?yàn)槭澄飅沒裝進(jìn)去亲怠,那么d(i,w) = d(i-1,w)

  • 肚子裝得下所计,那我需要判斷 [不放] d(i-1,w) 和 [放] d(i-1,w-w[i])+v[i] 誰大。

結(jié)合上面兩條規(guī)律团秽,我們得到:

狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程式

d(i, w)=max{ d(i-1, w), d(i-1,w-w[i]) + v[i] }

我們給每樣食物加上序號

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假如我們考慮吃或不吃從下向上按照序號順序 4主胧,3,2习勤,1

d(4踪栋,5)表示只有牛肉、西紅柿图毕、黃瓜夷都、米飯可以選擇時,能得到的最大價值予颤。如果我知道d(3囤官,5)和d(3,2)荣瑟,我就能得到d(4治拿,5)

d(4 , 5)=max{ d(3,5) , d(3,5-3) }=max{ d(3,5) , d(3,2) + 10}

d(4摩泪,5)表示只有西紅柿笆焰、黃瓜、米飯可以選擇時见坑,能得到的最大價值嚷掠。如果我知道d(2,5)和d(2荞驴,4)不皆,我就能得到d(3,5)

d(3 , 5)=max{d(2,5) , d(2,4)}

按照上面的往下分解,最終都會指向d(0,w)~邏輯如下圖:

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d(0,w)代表選 0 件物品的放入背包容量為 w 的背包的最大價值熊楼,所以為 0霹娄。d(i,0)代表選 i 件物品放入背包容量為 0 的背包的最大價值,也為 0鲫骗。

將樹圖的d值繼續(xù)整理得到最優(yōu)價值表

image







    var value = [5, 8, 4, 10],
        size = [1, 1, 2, 3],
        d = [],
        n = 4,
        C = 5;
    //初始化數(shù)組
    for (var k = 0; k <= n; ++k) {
        d[k] = [];
    }
    for (var i = 0; i <= n; ++i) {
        for (var w = 0; w <= C; ++w) {
            d[i][w] = (i == 0) ? 0 : d[i - 1][w];
            if (i > 0 && w >= size[i - 1])
                d[i][w] = Math.max(d[i - 1][w], d[i - 1][w - size[i - 1]] + value[i - 1]);
        }
    }
    
     console.log(d[4][5])//23

總結(jié)

01背包問題的這種解法讓我感受到了遞歸的強(qiáng)大犬耻,將大問題轉(zhuǎn)換成小問題,然后得到小問題的答案向上求解执泰!

2. 例題

鏈接:https://www.nowcoder.com/questionTerminal/9ba85699e2824bc29166c92561da77fa
來源:耪泶牛客網(wǎng)
一種雙核CPU的兩個核能夠同時的處理任務(wù),現(xiàn)在有n個已知數(shù)據(jù)量的任務(wù)需要交給CPU處理术吝,假設(shè)已知CPU的每個核1秒可以處理1kb计济,每個核同時只能處理一項(xiàng)任務(wù)茸苇。n個任務(wù)可以按照任意順序放入CPU進(jìn)行處理,現(xiàn)在需要設(shè)計(jì)一個方案讓CPU處理完這批任務(wù)所需的時間最少沦寂,求這個最小的時間学密。

3. 資料

動態(tài)規(guī)劃之背包問題(一)

動態(tài)規(guī)劃之01背包問題--表格思路來源

通過金礦模型介紹動態(tài)規(guī)劃

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