背包问题(四个类型)

1.01背包

2.完全背包

3.多重背包

4.分组背包

一.01背包

01背包:每个物品只有一个。

题目:

有 N件物品和一个容量是 V 的背包。每件物品只能使用一次。

第 i 件物品的体积是 vi,价值是 wi。

求解将哪些物品装入背包,可使这些物品的总体积不超过背包容量,且总价值最大。
输出最大价值。

题目分析:f[i][j]为当前背包容量并且已装了前i-1个物品对应的价值。

题目最终落脚在第i个物品装与不装上。

1.在装第i个物品时,包的容量比物品的体积小,装不下,此时价值与前i-1个相同。

即f[i][j]=f[i-1][j];

2.包内剩余的容量还能装下第i个物品,但是不一定达到最优价值,所以在装与不装之间选择最优的一个。

即f[i][j]=max(f[i-1][j],f[i-1][j-v[i]]+w[i]);

这是二维的,可用一维优化。

优化为:f[j]=max(f[j],f[j-v[i]]+w[i]);

注意:此时的第二层循环要用逆序

核心代码:

#include<iostream>
using namespace std;
#define N 10000
int dp[N][N]; 
int w[N];
int v[N];
int main()
{
	int n,m;
	cin>>n>>m;
	for(int i=1;i<=n;i++)
	cin>>v[i]>>w[i];
	for(int i=1;i<=n;i++)
	{
		for(int j=0;j<=m;j++)
		{
			dp[i][j]=dp[i-1][j];
			if(j>=v[i])  
				dp[i][j]=max(dp[i][j],dp[i-1][j-v[i]]+w[i]);
		} 
	}
	cout<<dp[n][m]<<endl;
	return 0;
}

优化版 

#include<iostream>
using namespace std;
#define N 1000
int dp[N]; 
int w[N];
int v[N];
int main()
{
	int n,m;
	cin>>n>>m;
	for(int i=1;i<=n;i++)
	cin>>v[i]>>w[i];
	for(int i=1;i<=n;i++)
	{
		for(int j=m;j>=v[i];j--)
		{
				dp[j]=max(dp[j],dp[j-v[i]]+w[i]);
		} 
	}
	cout<<dp[m]<<endl;
	return 0;
}

二.完全背包(每个物品有无限个)

题目

有 N种物品和一个容量是 V 的背包,每种物品都有无限件可用。

第 i 种物品的体积是 vi,价值是 wi。

求解将哪些物品装入背包,可使这些物品的总体积不超过背包容量,且总价值最大。
输出最大价值。

输入格式

第一行两个整数,N,V用空格隔开,分别表示物品种数和背包容积。

接下来有 N 行,每行两个整数 vi,,wi,用空格隔开,分别表示第 ii 种物品的体积和价值。

输出格式

输出一个整数,表示最大价值。

数据范围

0<N,V≤10000<N,V≤1000
0<vi,wi≤10000<vi,wi≤1000

输入样例

4 5
1 2
2 4
3 4
4 5

输出样例:

10

 题目分析:

与01背包差别不大,不过01背包若取了第i个物品,背包容量变为 j-v[i](假设j为背包容量),剩下的在i-1中选,其最大价值为 b[i-1][j-v[i]]+p[i] (v[i]为物品体积,p[i]为物品价值)

而完全背包则是剩下的仍可以从i中取 ,最大价值为 b[i][j-v[i]]+p[i]。

代码:

#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;
const int N=1010;
int v[N],w[N],f[N][N];
 int n,m;
int main()
{
   cin.tie(0);
   cout.tie(0);
    cin>>n>>m;
    for(int i=1;i<=n;i++)
    cin>>v[i]>>w[i];
    for(int i=1;i<=n;i++)
    for(int j=0;j<=m;j++)                            
    for(int k=0;k*v[i]<=j;k++)
    f[i][j]=max(f[i][j],f[i-1][j-v[i]*k]+w[i]*k);
    cout<<f[n][m]<<endl;
    return 0;
}

优化版

int main()
{
   cin.tie(0);
   cout.tie(0);
    cin>>n>>m;
    for(int i=1;i<=n;i++)
    cin>>v[i]>>w[i];
    for(int i=1;i<=n;i++)
    for(int j=0;j<=m;j++)                            
    {
    f[i][j]=f[i-1][j];
    if(j>=v[i])
    f[i][j]=max(f[i][j],f[i][j-v[i]]+w[i]);
    }
    cout<<f[n][m]<<endl;
    return 0;
}

终极版

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N=1010;
int v[N],w[N];
 int n,m;
int f[N];
int main()
{
   cin.tie(0);
   cout.tie(0);
    cin>>n>>m;
    for(int i=1;i<=n;i++)
    cin>>v[i]>>w[i];
  for(int i=1;i<=n;i++) 
   for(int j=v[i];j<=m;j++)                            
    f[j]=max(f[j],f[j-v[i]]+w[i]);
    cout<<f[m]<<endl;
    return 0;
}

三.多重背包(每个物品有有限个)

题目:

有 N种物品和一个容量是 V 的背包。

第 i 种物品最多有 si 件,每件体积是 vi,价值是wi。

求解将哪些物品装入背包,可使物品体积总和不超过背包容量,且价值总和最大。
输出最大价值。

输入格式

第一行两个整数,N,V,用空格隔开,分别表示物品种数和背包容积。

接下来有 N 行,每行三个整数 vi,wi,si,用空格隔开,分别表示第 i 种物品的体积、价值和数量。

输出格式

输出一个整数,表示最大价值。

输入样例

4 5
1 2 3
2 4 1
3 4 3
4 5 2

输出样例:

10

 题目分析:

可以把相同种类的物品进行合并,如拿出第i种物品中的n个进行合并,得到一组新的物品,以此类推,最后每种物品都有一组,这样就转化为01背包问题。

代码

朴素版(注意合并物品体积一定不能超过当前背包总体积)

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N=1e2+10;
int w[N],v[N],s[N],n,m,f[N][N];
int main()
{
  cin>>n>>m;
  for(int i=1;i<=n;i++)
  cin>>v[i]>>w[i]>>s[i];
  for(int i=1;i<=n;i++)
   for(int j=0;j<=m;j++)
    for(int k=0;k<=s[i]&&k*v[i]<=j;k++)
     f[i][j]=max(f[i][j],f[i-1][j-k*v[i]]+w[i]*k);
       cout<<f[n][m]<<endl;
       return 0;
}

二进制优化版

若加上条件

数据范围

0<N≤10000<N≤1000
0<V≤20000<V≤2000
0<vi,wi,si≤2000

题目分析:

将第i种物品的m个按照1,2,4,8.........进行合并,这步的复杂度由m-->log2(m),最后复杂度变为o(v*logn)

代码:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N=25000;//(N*logs),1000*log2000约为24000,定义为25000
 int n,m,a,b,s,cnt=0;//用来存储新的物品
int f[N],v[N],w[N];
int main()
{
    cin>>n>>m;
    for(int i=0;i<n;i++)
    {
    cin>>a>>b>>s;
    int k=1;//把第i种的k个物品绑在一起为一组,k初始化为1
    while(k<=s)
    {
        cnt++;//给当前新的物品组编号
        v[cnt]=a*k;//k个物品的总体积
        w[cnt]=b*k;//k个物品的总价值
        s-=k;//算完K了,把k从s中减去
        k*=2;//按照1,2,4,8.....进行组别里个数增加
    }
    if(s>0)//在经历不知道多少次的s-k循坏后,s表示第i种物品的剩余的数量,如果大于0
    {
        cnt++;//组的编号增加
        v[cnt]=a*s;//剩余的s*第i种物品的单个体积(剩余一组的总体积)
        w[cnt]=b*s;//同理剩余的物品的价值(剩余物品的总价值)
    }
    }
  n=cnt;//将n原来表示的物品种数转变为分完之后的组的编号
  //这样将物品分好组后就转化为01背包问题(每种物品对应一组(可以想象为一种物品对应一个箱子装))
for(int i=1;i<=n;i++)
for(int j=m;j>=v[i];j--)
   f[j]=max(f[j],f[j-v[i]]+w[i]);
   cout<<f[m]<<endl;
   return 0;

}

单调队列优化版

首先需要理解滑动窗口类问题(这里就不赘述了)

代码:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N=2e4+10;
int n,m;
int f[N],g[N],q[N];//g数组用来复制f数组,q用来形成单调队列存放g元素的下标
int main()
{
    cin>>n>>m;
    for(int i=0;i<n;i++)
    {
        int c,w,s;
        cin>>c>>w>>s;
        memcpy(g,f,sizeof f);
       //按体积分为v类
        for(int j=0;j<c;j++)
        {
            int tt=-1,hh=0;//队尾与队头
            for(int k=j;k<=m;k+=c)
            {
                f[k]=g[k];
                if(hh<=tt&&k-s*c>q[hh])
                hh++;
                if(hh<=tt)
                f[k]=max(f[k],g[q[hh]]+(k-q[hh])/c*w);//(k-q[hh])/c表示件数
                while(hh<=tt&&g[q[tt]]-(q[tt]-j)/c*w<=g[k]-(k-j)/c*w)
                tt--;
                q[++tt]=k;
            }
        }
    }
    cout<<f[m]<<endl;
    return 0;
}

四.分组背包(每一组最多选一个)

题目:

有 N组物品和一个容量是 V的背包。

每组物品有若干个,同一组内的物品最多只能选一个。
每件物品的体积是 ij,价值是 wij,其中 i 是组号,j 是组内编号。

求解将哪些物品装入背包,可使物品总体积不超过背包容量,且总价值最大。

输出最大价值。

输入格式

第一行有两个整数 N,V,用空格隔开,分别表示物品组数和背包容量。

接下来有 N组数据:

  • 每组数据第一行有一个整数 Si,表示第 i 个物品组的物品数量;
  • 每组数据接下来有 Si 行,每行有两个整数vij,wij,用空格隔开,分别表示第 i 个物品组的第 j个物品的体积和价值;

输出格式

输出一个整数,表示最大价值。

数据范围

0<N,V≤1000<N,V≤100
0<Si≤1000<Si≤100
0<vij,wij≤1000<vij,wij≤100

输入样例

3 5
2
1 2
2 4
1
3 4
1
4 5

输出样例:

8

相较与之前的,这个比较简单

代码:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N=110;
int n,m;
int v[N][N],w[N][N],s[N],f[N];
int main()
{
    cin>>n>>m;
    for(int i=1;i<=n;i++)
    {
        cin>>s[i];
        for(int j=0;j<s[i];j++)
        cin>>v[i][j]>>w[i][j];
    }
    for(int i=1;i<=n;i++)
    for(int j=m;j>=0;j--)
    for(int k=0;k<s[i];k++)
    if(v[i][k]<=j)
    f[j]=max(f[j],f[j-v[i][k]]+w[i][k]);
    cout<<f[m]<<endl;
    return 0;
}

上一篇:数学知识相关题目


下一篇:树状数组