小白完全背包 多图讲清楚来龙去脉

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在理解完全背包问题问题之前,必须先深刻理解01背包的思路。参考链接:blog.csdn.net/qq_42474833…

完全背包的递推关系乍一看与01背包大差不差,但是如果不能深入理解细节,那么在面对笔试和面试中的各种完全背包变形问题时,就会束手无策。

很多人都不会做动态规划问题,我认为所谓举一反三,就是要形神兼备,不仅仅是记住他的样子,还要深入思考这个样子的来历,这才是动态规划的真正内涵,自己悟明白了,才能在遇到新题的时候应对自如。

完全背包问题描述与举例

最经典的完全背包问题描述是,有一个限重W的背包,有好几种重量为weight,价值为value的物品供你挑选,要在不超过背包限重的前提下,巧妙地选择物品(每个物品没有数量限制),使得背包里面的物品价值最大。

题目举例:W = 4 weight=[1,3,4] value=[15,20,30]

举个例子对比01背包和完全背包在递推关系上的不同

我们直接用一维dp数组去理解两种背包问题的差异,初始化是全0开始,看看第一轮迭代的时候有啥差异。

在01背包问题中,当只有weight[0]=1,value[0]=15的物品可以选择时,dp的第一次迭代是这样的。只要限制>=1,因为物品只有一件,所以最大价值都是15。这就是为什么01背包中我们得倒着遍历。

dp[j] = max(dp[j],dp[j-weight[i]]+value[i]) 当限重为4时

dp[4] = max(dp[4],dp[4-weight[0]]+value[0])=max(dp[4],dp[3]+15)=15;倒着算的话dp[3]还没算是0呢,自然就能得到15的正确结果。

img

而在完全背包问题中,weight[0]=1,value[0]=15的物品可以选择多次,dp的第一次迭代是这样的。限重1,2,3,4分别是weight[0]的1234倍,自然可以得到15,30,45,60的价值。那这个时候遍历就得正着来了。

dp[j] = max(dp[j],dp[j-weight[i]]+value[i]) 当限重为4时

dp[4] = max(dp[4],dp[4-weight[0]]+value[0])=max(dp[4],dp[3]+15)=60;正着算的话dp[3]之前已经算完了是45,自然就能得到60的正确结果。

遍历方式的不同就解决了物品有一个还是多个的问题,还是很神奇的。其实原因主要是如果正着遍历,后面dp[j]用到了前面算过的值,那就意味着这个物品不管已经被拿过了还是没拿过,你这次是新拿的。就像上文dp[3] = 45,代表物品拿过了3次,你这次还能再拿。

如果还是不够理解,可以从二维dp数组的代码讲解部分一探究竟。

二维dp求解完全背包

以下代码的精华所在是二维dp数组递推关系的区别。

01背包的递推关系是

dp[i][j] = max(dp[i][j],dp[i-1][j-weight[i]]+value[i]);

完全背包的递推关系是

dp[i][j] = max(dp[i][j],dp[i][j-weight[i]]+value[i]);

这里max括号的第二项,一个i,一个i-1就是理解重点所在

  • i-1代表挑了这件物品,就只有i-1件可以挑了
  • i代表挑了这件物品,还是有i件可以挑,只不过限重变小了而已
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main(){
    int W = 4;//限重
    int weight[3] = {1,3,4};//物品重量
    int value[3] = {15,20,30};//物品价值
    vector<vector<int>> dp(3,vector<int>(W+1,0)); //3*5的dp
    //初始化 限重为0价值全0
    //递推
    for(int i = 0;i < 3;i++){
        for(int j = 0;j <= W;j++){
            if(i != 0) dp[i][j] = dp[i-1][j];//不挑该物品 至少能实现前面0-(i-1)件物品的最大价值
          if(j >= weight[i])
              //挑该物品
              dp[i][j] = max(dp[i][j],dp[i][j-weight[i]]+value[i]);
        }
    }
    //打印下dp
    for(int i = 0; i < 3;i++){
        for(int j = 0;j <=4;j++){
            cout << dp[i][j] << " ";
        }
        cout << endl;
    }
    cout << dp[2][4];//最终结果
    return 0;
}

手推一下dp数组的迭代过程加深理解

img

一维dp的优化

根据二维dp中的描述,dp[i] = max(dp[i],dp[i][j-weight[i]]+value[i]),算当前dp需要用到这一行前面的dp值,所以一维dp遍历的时候只能从前向后遍历了。

所以你看

  • 01背包的时候要倒序遍历,就怕一维dp迭代的时候覆盖了上一轮的值
  • 完全背包的时候要正序遍历,非得用上前面算的值
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main(){
    int W = 4;//限重
    int weight[3] = {1,3,4};//物品重量
    int value[3] = {15,20,30};//物品价值
    vector<int> dp(W+1,0); //3*5的dp
    //初始化 全0
    //递推
    for(int i = 0;i < 3;i++){
        for(int j = 0;j <= W;j++){
          if(j >= weight[i])
              dp[j] = max(dp[j],dp[j-weight[i]]+value[i]);
        }
    }
    cout << dp[4];//最终结果
    return 0;
}