从01背包问题理解动态规划

　01背包问题具体例子：假设现有容量10kg的背包，另外有3个物品，分别为a1，a2，a3。物品a1重量为3kg，价值为4；物品a2重量为4kg，价值为5；物品a3重量为5kg，价值为6。将哪些物品放入背包可使得背包中的总价值最大？

　　这个问题有两种解法，动态规划和贪婪算法。本文仅涉及动态规划。

　　先不套用动态规划的具体定义，试着想，碰见这种题目，怎么解决?

　　首先想到的，一般是穷举法，一个一个地试，对于数目小的例子适用，如果容量增大，物品增多，这种方法就无用武之地了。

　　其次，可以先把价值最大的物体放入，这已经是贪婪算法的雏形了。如果不添加某些特定条件，结果未必可行。

　　最后，就是动态规划的思路了。先将原始问题一般化，欲求背包能够获得的总价值，即欲求前i个物体放入容量为m（kg）背包的最大价值c[i][m]——使用一个数组来存储最大价值，当m取10，i取3时，即原始问题了。而前i个物体放入容量为m（kg）的背包，又可以转化成前(i-1)个物体放入背包的问题。下面使用数学表达式描述它们两者之间的具体关系。

　　表达式中各个符号的具体含义。

　　w[i] :  第i个物体的重量；

　　p[i] : 第i个物体的价值；

　　c[i][m] ： 前i个物体放入容量为m的背包的最大价值；

　　c[i-1][m] ： 前i-1个物体放入容量为m的背包的最大价值；

　　c[i-1][m-w[i]] ： 前i-1个物体放入容量为m-w[i]的背包的最大价值；

　　由此可得：

　　　　　　c[i][m]=max{c[i-1][m-w[i]]+pi , c[i-1][m]}（下图将给出更具体的解释）

 

 

　　　　根据上式，对物体个数及背包重量进行递推，列出一个表格（见下表），表格来自（http://blog.csdn.net/fg2006/article/details/6766384?reload） ，当逐步推出表中每个值的大小，那个最大价值就求出来了。推导过程中，注意一点，最好逐行而非逐列开始推导，先从编号为1的那一行，推出所有c[1][m]的值，再推编号为2的那行c[2][m]的大小。这样便于理解。

                                                                        j表示容量

　　　　                          i表示i个物体    

　　　　思路厘清后，开始编程序，C语言代码如下所示。

#include <stdio.h>
int c[10][100]={0};

void knap(int m,int n){

    int i,j,w[10],p[10];
    for(i=1;i<n+1;i++)
        scanf("%d,%d",&w[i],&p[i]);
    for(j=0;j<m+1;j++)
        for(i=0;i<n+1;i++)
    {
        if(j<w[i])
        {
            c[i][j]=c[i-1][j];
            continue;
        }else if(c[i-1][j-w[i]]+p[i]>c[i-1][j])
            c[i][j]=c[i-1][j-w[i]]+p[i];
        else
            c[i][j]=c[i-1][j];
    }
    
}            


int main(){
    int m,n;int i,j;
    printf("input the max capacity and the number of the goods:\n");
    scanf("%d,%d",&m,&n);
    printf("Input each one(weight and value):\n");
    knap(m,n);
    printf("\n");
   for(i=0;i<=n;i++)
        for(j=0;j<=m;j++)
       {
     printf("%4d",c[i][j]);
    if(m==j) printf("\n");
    }
}

代码中，红色字体部分是自己写的，其余的参照了这篇博客http://blog.sina.com.cn/s/blog_6dcd26b301013810.html

 　　如果你很轻松地就突破了01背包，甚至很轻松地就理解了动态规划，那么继续前进，做一下这道题目(http://acm./problem.php?pid=1012)。很好玩的。

 

小结：

　　　感谢上面引用的两篇博客，也感谢这两位博主，没有你们的博客，我恐怕对01背包问题还是半懂不懂的。

 

ps: 2014/5/19  更新一个递归解法，《算法：c语言》似乎也有一个递归解法，不过是错误的：

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#include <stdio.h> #include <stdlib.h>   typedef struct _Item {     int size;     int val; }item;   item aitem[5] = { {3, 4}, {4, 5}, {7,10}, {8, 11}, {9, 13} }; int item_flag[5]; // 0: 未访问， 1： int result[5] ; // 保存中间输出结果 int mount = 0; int max;   void  knap_rcs(int cap) {         int j ;     for( j = 0; j < 5; j++)     {         int t =  cap - aitem[j].size;         if( t >= 0 )         {             if( item_flag[j] == 0)             {                 item_flag[j] = 1;                               result[j] = aitem[j].size;                 mount += aitem[j].val;                   knap_rcs(t);                 item_flag[j] = 0;                 result[j] = 0;                 mount -= aitem[j].val;             }           }         else // 已到递归终点，输出结果         {             int i ;             for( i =0; i < 5 ; i++)                 if( result[i] != 0 )                     printf("size: %d\t", result[i] );             printf("\n");             printf("%d\n", mount);             if( mount > max )                 max = mount;             return ;         }       } }                                 int main() {         int N;           while(scanf("%d", &N) !=  0)         {             getchar();             for(int k = 0; k < 5; k++)             {                 item_flag[k] = 0;                 result[k] = 0;             }               max = 0;             knap_rcs(N);             printf("max value: %d\n\n", max);                                 }       system("pause");         return 0; }

　　

分类: 探索C语言