NO.88十六屆藍橋杯備戰|動態規劃-多重背包|擺花(C++)

多重背包

多重背包問題有兩種解法:

  1. 按照背包問題的常規分析?式,仿照完全背包,第三維枚舉使?的個數;
  2. 利??進制可以表??定范圍內整數的性質,轉化成01 背包問題。
    ?建議:并不是所有的多重背包問題都能??進制優化,?且優化版本的代碼很?。因此,如果時間復雜度允許的情況下,能不優化就不優化
    解法?:常規分析
  3. 狀態表?:
    dp[i][j]表?:從前i 個物品中挑選,總重量不超過j 的情況下,最?的價值。
    dp[n][m]就是最終結果。
  4. 狀態轉移?程:
    根據第i 個物品選的個數,可以分x[i] + 1種情況:
    a. 選0 個:價值為dp[i - 1][j]
    b. 選1 個:價值為dp[i - 1][j - w[i]] + v[i]
    c. 選2 個:價值為dp[i - 1][j - 2 × w[i]] + 2 × v[i]
    d. …
    e. 選x[i]個:價值為dp[i - 1][j - x[i] × w[i]] + x[i] × v[i]
    因為要的是最?價值,所以dp[i][j]等于上述所有情況的最?值。但是要注意j-k*w[i]要?于等于0,并且不能按照完全背包的?式優化。
  5. 初始化:
    全部為0 就不影響最終結果
  6. 填表順序:
    從上往下每??,每??從左往右
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;const int N = 110;int n, m;
int x[N], w[N], v[N];
int f[N][N];int main()
{ios::sync_with_stdio(false);cin.tie(0);cin >> n >> m;for (int i = 1; i <= n; i++) cin >> x[i] >> w[i] >> v[i];for (int i = 1; i <= n; i++)for (int j = m; j >= 0; j--)for (int k = 0; k <= x[i] && k * w[i] <= j; k++){f[i][j] = max(f[i][j], f[i-1][j - k*w[i]] + k * v[i]);}cout << f[n][m] << endl;return 0;
}

空間優化:

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

解法?:轉化成01背包問題
優化?式:??進制將x[i]個物品分組。
連續的?進制數有?個性質,就是 2 0 ~ 2 k 2^{0}\sim 2^k 202k能夠表?區間[1, 2^(k+1) - 1]??所有的整數。?如:

  • 1, 2, 4, 8可以表?[1, 15]內所有的整數。具體原因可以參考整數的?進制表?,正好1, 2, 4, 8對應?進制表?中每?位的權值,所以排列組合起來就可以表?[1,15]內所有的整數。
  • 同理1, 2, 4 就可以表?[1, 7]內所有的整數。
    根據這樣?個性質,我們就可以把x[i]拆成?些?進制數再加上多出來的數,這樣的?組數就可以表?[1,x[i]]內所有的整數,問題就變成了01背包
    ?如x[i] = 9,w[i] = 2, v[i] = 3
  • 9 = 1 + 2 + 4 + 2 ;
  • 分成4 組,每組的重量和價值分別為(2, 3)、(4, 6)、(8, 12)、(4, 6)
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;const int N = 110 * 5;int n, m;
int w[N], v[N], pos;
int f[N];int main()
{ios::sync_with_stdio(false);cin.tie(0);cin >> n >> m;for (int i = 1; i <= n; i++){int x, y, z; cin >> x >> y >> z;//2進制拆分int t = 1;while (x >= t){pos++;w[pos] = t * y;v[pos] = t * z;x -= t;t *= 2;}if (x) //處理剩余{pos++;w[pos] = x * y;v[pos] = x * z;}}//01背包for (int i = 1; i <= pos; i++)for (int j = m; j >= w[i]; j--)f[j] = max(f[j], f[j - w[i]] + v[i]);cout << f[m] << endl;return 0;
}
P1077 [NOIP 2012 普及組] 擺花 - 洛谷

題意:每?種花可以選[0, a[i]]個,在總數恰好等于m 時的總?案數
正好是多重背包求?案數的模型,我們可以?多重背包的思考?式來解決這道題。

  1. 狀態表?:
    dp[i][j]表?:從前i個花中挑選,正好擺放j 個花盆時的?案數。
  2. 狀態轉移?程:
    根據第i 種花選的個數k(0 ≤ k ≤ min(j, a[i])) 分情況討論:
  • 如果當前花選了k 盆,之前的花要去湊夠j - k 盆,總的?案數就是dp[i - 1][j - k]
  • 因為要的是總?案數,所以最終結果應該是k 的變化過程中的狀態的總和。
    dp[i][j] = dp[i][j] + dp[i - 1][j - k]
  1. 初始化:
    dp[0][0] = 1 ,相當于起始狀態,為了讓后續的填表有意義,不然全都是0 。
  2. 填表順序:
    從上往下每??,每??從左往右。
    這道題就不能??進制優化,因為這道題的背包,限定條件和價值是??對應的,并且求的是?案數。如果??進制優化會統計多余的情況,?如:
  • 有兩個物品,個數分別是3, 2 ,要湊成總和為4 。
  • 拆分之后為(1, 2)、(1, 1) ,跑?遍01 背包之后,結果是 3 ,但是實際情況應該是2 。
  • 原因是1,2,1被統計了2次。但是在實際情況?,第?個物品全選,第?個物品選1個,只屬于1種情況,?01背包的邏輯會統計兩次
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;const int N = 110, MOD = 1e6 + 7;int n, m;
int a[N];
int f[N][N];int main()
{ios::sync_with_stdio(false);cin.tie(0);cin >> n >> m;for (int i = 1; i <= n; i++) cin >> a[i];f[0][0] = 1;for (int i = 1; i <= n; i++){for (int j = m; j >= 0; j--){for (int k = 0; k <= j && k <= a[i]; k++){f[i][j] = (f[i][j] + f[i-1][j-k]) % MOD;        }}}cout << f[n][m] << endl;return 0;
}

空間優化

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;const int N = 110, MOD = 1e6 + 7;int n, m;
int a[N];
int f[N];int main()
{ios::sync_with_stdio(false);cin.tie(0);cin >> n >> m;for (int i = 1; i <= n; i++) cin >> a[i];f[0] = 1;for (int i = 1; i <= n; i++){for (int j = m; j >= 0; j--){for (int k = 1; k <= j && k <= a[i]; k++){f[j] = (f[j] + f[j-k]) % MOD;        }}}cout << f[m] << endl;return 0;
}

單獨考慮k==0

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;const int N = 110, MOD = 1e6 + 7;int n, m;
int a[N];
int f[N][N];int main()
{ios::sync_with_stdio(false);cin.tie(0);cin >> n >> m;for (int i = 1; i <= n; i++) cin >> a[i];f[0][0] = 1;for (int i = 1; i <= n; i++){for (int j = m; j >= 0; j--){f[i][j] = f[i-1][j];for (int k = 1; k <= j && k <= a[i]; k++){f[i][j] = (f[i][j] + f[i-1][j-k]) % MOD;        }}}cout << f[n][m] << endl;return 0;
}

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