动态规划与0-1背包问题解析

匿名 (未验证) 提交于 2019-12-03 00:19:01

动态规划,作为程序员面试过程中几乎是必考的题目类型,在实际生产应用中也广泛使用。0-1背包问题作为最经典的算法之一,也衍生了很多其他的题目(如找零钱、爬楼梯等leetcode题目)。本人在复习之余,将总结下来的算法常识得以分享:

(一)什么是动态规划

作为运筹学的一个分支,动态规划(DP)最早是用于求解决策过程最优化的问题被提出,利用各阶段dp变量之间的关系,逐个求解,最终求得全局最优解的过程。再设计DP算法时,需确认原问题与子问题的解状态,每个状态下的DP值、边界状态值,以及状态转移方程。

此外,不同于分治策略,DP划分的子问题是有重叠的,解过程中对于重叠的部分只要求解一次,记录下结果,其他子问题直接使用即可,减少了重复计算过程。另外,DP在求解一个问题最优解的时候,不是固定的计算合并某些子问题的解,而是根据各子问题的解的情况选择其中最优的。即第i个状态的DP值dp[i]可能前i-1个状态(dp[1]、dp[2]、・・・・・・、dp[i-1])都相关。



(2)子问题重叠性质:先计算子问题的解,再由子问题的解去构造问题的解(由于子问题存在重叠,把子问题解记录下来为下一步使用)。

(二)0-1背包求解思路




④、确定状态转移方程,如何从一个或多个已知状态求出另一个未知状态的值。(递推型)

(三)算法设计





  初始状态为dp[0][0]~dp[0][V]和dp[0][0]~dp[N][0]都为0,前者表示前0个物品(也就是空物品)无论装入多大的包中总价值都为0,后者表示体积为0的背包啥价值的物品都装不进去。

(3)转移函数:当第i个物品能够放进背包时(即背包容量j大于等于物品i的重量weight[i]),比较放入物品i前后,背包总价值,保留最大价值存放于当前状态。否则,直接不放入物品i。


(四)实现代码(Python版)

def knapsack(weights, values, target):     if len(weights) != len(values):         return -1     # set dp status     dp = []     for i in range(0, len(weights)):         dp.append([0]*(target+1))      for i in range(0, len(weights)):         for j in range(0, target+1):             if weights[i] <= j:                 # ijiweight[i]                # i                dp[i][j] = max(dp[i-1][j], dp[i-1][j-weights[i]]+values[i])             else:                 dp[i][j] = dp[i-1][j]     for k in dp:         print(k)     return dp[len(weights)-1][target]     #  if __name__ == '__main__':     r = knapsack(weights=[0, 1, 3, 2, 6, 2], values=[0, 2, 5, 3, 10, 4], target=12)     print(r)     

运行结果


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