算法分析与程序设计动态规划及回溯法解背包问题

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动态规划与回溯法解决0-1背包问题

动态规划与回溯法解决0-1背包问题

0-1背包动态规划解决问题一、问题描述:有n个物品,它们有各自的重量和价值,现有给定容量的背包,如何让背包里装入的物品具有最大的价值总和?二、总体思路:根据动态规划解题步骤(问题抽象化、建立模型、寻找约束条件、判断是否满足最优性原理、找大问题与小问题的递推关系式、填表、寻找解组成)找出01背包问题的最优解以及解组成,然后编写代码实现。

原理:动态规划与分治法类似,都是把大问题拆分成小问题,通过寻找大问题与小问题的递推关系,解决一个个小问题,最终达到解决原问题的效果。

但不同的是,分治法在子问题和子子问题等上被重复计算了很多次,而动态规划则具有记忆性,通过填写表把所有已经解决的子问题答案纪录下来,在新问题里需要用到的子问题可以直接提取,避免了重复计算,从而节约了时间,所以在问题满足最优性原理之后,用动态规划解决问题的核心就在于填表,表填写完毕,最优解也就找到。

过程:a) 把背包问题抽象化(X1,X2,…,Xn,其中 Xi 取0或1,表示第i 个物品选或不选),V i表示第i 个物品的价值,W i表示第i 个物品的体积(重量);b) 建立模型,即求max(V1X1+V2X2+…+VnXn);c) 约束条件,W1X1+W2X2+…+WnXn<capacity;d) 定义V(i,j):当前背包容量j,前i 个物品最佳组合对应的价值;e) 最优性原理是动态规划的基础,最优性原理是指“多阶段决策过程的最优决策序列具有这样的性质:不论初始状态和初始决策如何,对于前面决策所造成的某一状态而言,其后各阶段的决策序列必须构成最优策略”。

判断该问题是否满足最优性原理,采用反证法证明:假设(X1,X2,…,Xn)是01背包问题的最优解,则有(X2,X3,…,Xn)是其子问题的最优解,假设(Y2,Y3,…,Yn)是上述问题的子问题最优解,则理应有(V2Y2+V3Y3+…+V n Yn)+V1X1 > (V2X2+V3X3+…+VnXn)+V1X1;而(V2X2+V3X3+…+VnXn)+V1X1=(V1X1+V2X2+…+VnXn),则有(V2Y2+V3Y3+…+VnYn)+V1X1 > (V1X1+V2X2+…+VnXn);该式子说明(X1,Y2,Y3,…,Yn)才是该01背包问题的最优解,这与最开始的假设(X1,X2,…,Xn)是01背包问题的最优解相矛盾,故01背包问题满足最优性原理;f) 寻找递推关系式,面对当前商品有两种可能性:第一,包的容量比该商品体积小,装不下,此时的价值与前i-1个的价值是一样的,即V(i,j)=V(i-1,j);第二,还有足够的容量可以装该商品,但装了也不一定达到当前最优价值,所以在装与不装之间选择最优的一个,即V(i,j)=max{V(i-1,j),V(i-1,j-w(i))+v(i) }其中V(i-1,j)表示不装,V(i-1,j-w(i))+v(i) 表示装了第i个商品,背包容量减少w(i)但价值增加了v(i);由此可以得出递推关系式:1) j<w(i) V(i,j)=V(i-1,j)2) j>=w(i) V(i,j)=max{ V(i-1,j),V(i-1,j-w(i))+v(i) }number=4,capacity=7四、构造最优解:最优解的构造可根据C列的数据来构造最优解,构造时从第一个物品开始。

背包问题回溯法

背包问题回溯法

背包问题回溯法背包问题回溯法是一种用于解决背包问题的算法。

背包问题是一个经典的组合优化问题,在许多领域都有广泛的应用。

它的基本形式是在给定一组物品和一个容量为C的背包的情况下,选择将哪些物品放入背包中,以使得放入背包中物品的总价值最大。

回溯法是一种通过搜索所有可能的解空间来求解问题的算法。

在背包问题中,回溯法通过递归地尝试将物品放入背包或不放入背包来寻找最优解。

具体而言,回溯法从问题的初始状态开始,根据问题的约束条件和目标函数的要求,逐步生成问题的解空间,并通过剪枝策略来减少搜索空间的规模,直到找到问题的最优解或无解。

在使用回溯法解决背包问题时,需要定义一个递归函数来实现搜索过程。

该函数的输入参数包括当前已选择的物品、当前已选择物品的总价值、当前已选择物品的总重量、剩余物品的可选范围、剩余背包容量等等。

在函数的实现中,首先需要判断当前选择的物品是否满足约束条件,如果满足则继续递归地对剩余的物品进行选择;如果不满足,则进行剪枝操作,即回溯到上一层递归函数继续搜索其他可能的解。

当递归函数搜索完所有可能的解空间时,返回问题的最优解或无解。

背包问题回溯法的关键是如何定义约束条件和剪枝策略。

在背包问题中,约束条件包括物品的重量不能超过背包的容量,物品的总价值不能超过已选择的物品的总价值。

而剪枝策略可以根据问题的具体情况来进行设计,例如可以根据当前已选择物品的总价值和剩余物品的可选范围来进行剪枝,减少搜索空间的规模,提高算法的效率。

背包问题回溯法的时间复杂度取决于问题的规模和剪枝策略的设计。

由于回溯法需要搜索所有可能的解空间,所以在最坏情况下,时间复杂度为指数级别。

为了提高算法的效率,可以引入一些优化技巧,例如动态规划和贪心策略,来减少搜索空间的规模并加速算法的执行速度。

总之,背包问题回溯法是一种用于解决背包问题的经典算法。

通过搜索所有可能的解空间,并根据约束条件和剪枝策略来寻找最优解,可以求解出背包问题的最优解或无解。

回溯法解决0-1背包问题

回溯法解决0-1背包问题

回溯法解决0-1背包问题问题描述: 有n件物品和⼀个容量为c的背包。

第i件物品的价值是v[i],重量是w[i]。

求解将哪些物品装⼊背包可使价值总和最⼤。

所谓01背包,表⽰每⼀个物品只有⼀个,要么装⼊,要么不装⼊。

回溯法: 01背包属于找最优解问题,⽤回溯法需要构造解的⼦集树。

在搜索状态空间树时,只要左⼦节点是可⼀个可⾏结点,搜索就进⼊其左⼦树。

对于右⼦树时,先计算上界函数,以判断是否将其减去,剪枝啦啦!上界函数bound():当前价值cw+剩余容量可容纳的最⼤价值<=当前最优价值bestp。

为了更好地计算和运⽤上界函数剪枝,选择先将物品按照其单位重量价值从⼤到⼩排序,此后就按照顺序考虑各个物品。

#include <stdio.h>#include <conio.h>int n;//物品数量double c;//背包容量double v[100];//各个物品的价值double w[100];//各个物品的重量double cw = 0.0;//当前背包重量double cp = 0.0;//当前背包中物品价值double bestp = 0.0;//当前最优价值double perp[100];//单位物品价值排序后int order[100];//物品编号int put[100];//设置是否装⼊//按单位价值排序void knapsack(){int i,j;int temporder = 0;double temp = 0.0;for(i=1;i<=n;i++)perp[i]=v[i]/w[i];for(i=1;i<=n-1;i++){for(j=i+1;j<=n;j++)if(perp[i]<perp[j])//冒泡排序perp[],order[],sortv[],sortw[]{temp = perp[i];perp[i]=perp[i];perp[j]=temp;temporder=order[i];order[i]=order[j];order[j]=temporder;temp = v[i];v[i]=v[j];v[j]=temp;temp=w[i];w[i]=w[j];w[j]=temp;}}}//回溯函数void backtrack(int i){double bound(int i);if(i>n){bestp = cp;return;}if(cw+w[i]<=c){cw+=w[i];cp+=v[i];put[i]=1;backtrack(i+1);cw-=w[i];cp-=v[i];}if(bound(i+1)>bestp)//符合条件搜索右⼦数backtrack(i+1);}//计算上界函数double bound(int i){double leftw= c-cw;double b = cp;while(i<=n&&w[i]<=leftw){leftw-=w[i];b+=v[i];i++;}if(i<=n)b+=v[i]/w[i]*leftw;return b;}int main(){int i;printf("请输⼊物品的数量和容量:");scanf("%d %lf",&n,&c);printf("请输⼊物品的重量和价值:");for(i=1;i<=n;i++){printf("第%d个物品的重量:",i);scanf("%lf",&w[i]);printf("价值是:");scanf("%lf",&v[i]);order[i]=i;}knapsack();backtrack(1);printf("最有价值为:%lf\n",bestp);printf("需要装⼊的物品编号是:");for(i=1;i<=n;i++){if(put[i]==1)printf("%d ",order[i]);}return 0;}时间复杂度分析: 上界函数bound()需要O(n)时间,在最坏的情况下有O(2^n)个右⼦结点需要计算上界,回溯算法backtrack需要的计算时间为O(n2^n)。

动态规划——01背包问题

动态规划——01背包问题

动态规划——01背包问题⼀、最基础的动态规划之⼀01背包问题是动态规划中最基础的问题之⼀,它的解法完美地体现了动态规划的思想和性质。

01背包问题最常见的问题形式是:给定n件物品的体积和价值,将他们尽可能地放⼊⼀个体积固定的背包,最⼤的价值可以是多少。

我们可以⽤费⽤c和价值v来描述⼀件物品,再设允许的最⼤花费为w。

只要n稍⼤,我们就不可能通过搜索来遍查所有组合的可能。

运⽤动态规划的思想,我们把原来的问题拆分为⼦问题,⼦问题再进⼀步拆分直⾄不可再分(初始值),随后从初始值开始,尽可能地求取每⼀个⼦问题的最优解,最终就能求得原问题的解。

由于不同的问题可能有相同的⼦问题,⼦问题存在⼤量重叠,我们需要额外的空间来存储已经求得的⼦问题的最优解。

这样,可以⼤幅度地降低时间复杂度。

有了这样的思想,我们来看01背包问题可以怎样拆分成⼦问题:要求解的问题是:在n件物品中最⼤花费为w能得到的最⼤价值。

显然,对于0 <= i <= n,0 <= j <= w,在前i件物品中最⼤花费为j能得到的最⼤价值。

可以使⽤数组dp[n + 1][w + 1]来存储所有的⼦问题,dp[i][j]就代表从前i件物品中选出总花费不超过j时的最⼤价值。

可知dp[0][j]值⼀定为零。

那么,该怎么递推求取所有⼦问题的解呢。

显⽽易见,要考虑在前i件物品中拿取,⾸先要考虑前i - 1件物品中拿取的最优情况。

当我们从第i - 1件物品递推到第i件时,我们就要考虑这件物品是拿,还是不拿,怎样收益最⼤。

①:⾸先,如果j < c[i],那第i件物品是⽆论如何拿不了的,dp[i][j] = dp[i - 1][j];②:如果可以拿,那就要考虑拿了之后收益是否更⼤。

拿这件物品需要花费c[i],除去这c[i]的⼦问题应该是dp[i - 1][j - c[i]],这时,就要⽐较dp[i - 1][j]和dp[i - 1][j - c[i]] + v[i],得出最优⽅案。

动态规划解决背包问题和旅行商问题

动态规划解决背包问题和旅行商问题

动态规划解决背包问题和旅行商问题动态规划(Dynamic Programming)是一种解决复杂问题的算法思想,它通过将问题划分为多个子问题,并记录子问题的解来解决原始问题。

在背包问题和旅行商问题中,动态规划是一种常见且高效的解决方法。

1. 背包问题背包问题是一个经典的优化问题,可以用动态规划的方法解决。

给定一组物品,每个物品有自身的价值和重量,同时给定一个背包的容量,要求在不超过背包容量的前提下,选择物品放入背包,使得背包中物品的总价值最大化。

动态规划的思路是定义一个二维数组dp[i][j],其中i表示从第1个到第i个物品,j表示背包的容量。

dp[i][j]表示在前i个物品中,容量为j的背包中能够放入的物品的最大价值。

通过状态转移方程可以求解dp[i][j],其中状态转移方程为:dp[i][j] = max(dp[i-1][j], dp[i-1][j-w[i]] + v[i])其中w[i]表示第i个物品的重量,v[i]表示第i个物品的价值。

通过计算dp[i][j],最终可以得到在背包容量为j的情况下的最大价值。

可以通过回溯的方法找到具体放入背包的物品。

2. 旅行商问题旅行商问题是一个典型的组合优化问题,它要求在给定的一组城市中,寻找一条最短的路径使得旅行商经过每个城市一次后返回起始城市。

动态规划可以通过建立一个二维数组dp[S][i]来解决旅行商问题,其中S表示城市的集合,i表示当前所在的城市。

dp[S][i]表示从起始城市出发经过集合S中的城市,最后到达城市i的最短路径长度。

对于dp[S][i],可以通过以下状态转移方程来计算:dp[S][i] = min(dp[S-{i}][j] + d[j][i])其中S-{i}表示从集合S中去除城市i,d[j][i]表示从城市j到城市i的距离。

通过计算dp[S][i],最终可以得到从起始城市出发经过所有城市一次后返回起始城市的最短路径长度。

同样可以通过回溯的方法找到具体的最短路径。

利用动态规划解决01背包问题01背包问题动态规划

利用动态规划解决01背包问题01背包问题动态规划

利用动态规划解决01背包问题01背包问题动态规划背包问题是一个经典的动态规划模型,很多关于算法的教材都把它作为一道例题,该问题既简单又容易理解,而且在某种程度上还能够揭示动态规划的本质。

将具有不同重量和价值的物体装入一个有固定载重量的背包,以获取最大价值,这类问题被称为背包问题。

背包问题可以扩展出很多种问题,而01背包问题是最常见、最有代表性的背包问题。

一、问题描述给定一个载重量为M的背包及n个物体,物体i的重量为wi、价值为pi,1≤i≤n,要求把这些物体装入背包,使背包内的物体价值总量最大。

此处我们讨论的物体是不可分割的,通常称这种物体不可分割的背包问题为01背包问题。

二、基本思路01背包问题的特点是:每种物体只有一件,可以选择放或者不放。

假设:xi表示物体i被装入背包的情况,xi=0,1。

当xi=0时,表示物体没有被装入背包;当xi=1时,表示物体被装入背包。

根据问题的要求,有如下的约束方程(1)和目标函数(2):三、利用动态规划法求解01背包问题(一)动态规划算法的基本思想动态规划算法通常用于求解具有某种最优性质的问题。

在这类问题中,可能会有许多可行解。

每一个解都对应于一个值,我们希望找到具有最优值的解。

动态规划算法与分治法类似,其基本思想也是将待求解问题分解成若干个子问题,先求解子问题,然后从这些子问题的解得到原问题的解。

与分治法不同的是,适合于用动态规划求解的问题,经分解得到子问题往往不是互相独立的。

若用分治法来解这类问题,则分解得到的子问题数目太多,有些子问题被重复计算很多次。

如果我们能够保存已解决的子问题的答案,而在需要时再找出已求得的答案,这样就可以避免大量的重复计算,节省时间。

我们可以用一个表来记录所有已解的子问题的答案。

不管该子问题以后是否被用到,只要它被计算过,就将其结果填入表中,这就是动态规划法的基本思路。

具体的动态规划算法多种多样,但它们具有相同的填表格式。

(二)算法设计假定背包的载重量范围为0~m。

蛮力法、动态规划法、回溯法和分支限界法求解01背包问题【精选】

蛮力法、动态规划法、回溯法和分支限界法求解01背包问题【精选】

一、实验内容:分别用蛮力法、动态规划法、回溯法和分支限界法求解0/1背包问题。

注:0/1背包问题:给定种物品和一个容量为的背包,物品的重n C i 量是,其价值为,背包问题是如何使选择装入背包内的物品,使得装i w i v 入背包中的物品的总价值最大。

其中,每种物品只有全部装入背包或不装入背包两种选择。

二、所用算法的基本思想及复杂度分析:1.蛮力法求解0/1背包问题:1)基本思想:对于有n 种可选物品的0/1背包问题,其解空间由长度为n 的0-1向量组成,可用子集数表示。

在搜索解空间树时,深度优先遍历,搜索每一个结点,无论是否可能产生最优解,都遍历至叶子结点,记录每次得到的装入总价值,然后记录遍历过的最大价值。

2)代码:#include<iostream>#include<algorithm>using namespace std;#define N 100//最多可能物体数struct goods //物品结构体{int sign;//物品序号int w;//物品重量int p;//物品价值}a[N];bool m(goods a,goods b){return (a.p/a.w)>(b.p/b.w);}int max(int a,int b){return a<b?b:a;}int n,C,bestP=0,cp=0,cw=0;int X[N],cx[N];/*蛮力法求解0/1背包问题*/int Force(int i){if(i>n-1){if(bestP<cp&&cw+a[i].w<=C){for (int k=0;k<n;k++)X[k]=cx[k];//存储最优路径bestP=cp;}return bestP;}cw=cw+a[i].w;cp=cp+a[i].p;cx[i]=1;//装入背包Force(i+1);cw=cw-a[i].w;cp=cp-a[i].p;cx[i]=0;//不装入背包Force(i+1);return bestP;}int KnapSack1(int n,goods a[],int C,int x[]){Force(0);return bestP;}int main(){goods b[N];printf("物品种数n: ");scanf("%d",&n);//输入物品种数printf("背包容量C: ");scanf("%d",&C);//输入背包容量for (int i=0;i<n;i++)//输入物品i 的重量w 及其价值v {printf("物品%d 的重量w[%d]及其价值v[%d]:",i+1,i+1,i+1);scanf("%d%d",&a[i].w,&a[i].p);b[i]=a[i];}int sum1=KnapSack1(n,a,C,X);//调用蛮力法求0/1背包问题printf("蛮力法求解0/1背包问题:\nX=[ ");for(i=0;i<n;i++)cout<<X[i]<<" ";//输出所求X[n]矩阵printf("]装入总价值%d\n",sum1);bestP=0,cp=0,cw=0;//恢复初始化}3)复杂度分析:蛮力法求解0/1背包问题的时间复杂度为:。

实验项目三 用蛮力法、动态规划法和贪心法求解背包问题

实验项目三  用蛮力法、动态规划法和贪心法求解背包问题

实验项目三 用蛮力法、动态规划法和贪心法求解0/1背包问题实验目的1、学会背包的数据结构的设计,针对不同的问题涉及到的对象的数据结构的设计也不同;2、对0-1背包问题的算法设计策略对比与分析。

实验内容:0/1背包问题是给定n 个重量为{w 1, w 2, … ,wn }、价值为{v 1, v 2, … ,vn }的物品和一个容量为C 的背包,求这些物品中的一个最有价值的子集,并且要能够装到背包中。

在0/1背包问题中,物品i 或者被装入背包,或者不被装入背包,设xi 表示物品i 装入背包的情况,则当xi =0时,表示物品i 没有被装入背包,xi =1时,表示物品i 被装入背包。

根据问题的要求,有如下约束条件和目标函数:于是,问题归结为寻找一个满足约束条件式1,并使目标函数式2达到最大的解向量X =(x 1, x 2, …, xn )。

背包的数据结构的设计:typedef struct object{int n;//物品的编号int w;//物品的重量int v;//物品的价值}wup;wup wp[N];//物品的数组,N 为物品的个数int c;//背包的总重量1、蛮力法蛮力法是一种简单直接的解决问题的方法,常常直接基于问题的描述和所涉及的概念定义。

蛮力法的关键是依次处理所有的元素。

用蛮力法解决0/1背包问题,需要考虑给定n 个物品集合的所有子集,找出所有可能的子集(总重量不超过背包容量的子集),计算每个子集的总价值,然后在他们中找到价值最大的子集。

所以蛮力法解0/1背包问题的关键是如何求n 个物品集合的所有子集,n 个物品的子集有2的n 次方个,用一个2的n 次方行n 列的数组保存生成的子集,以下是生成子集的算法:⎪⎩⎪⎨⎧≤≤∈≤∑=)1(}1,0{1n i x C x w i n i i i (式1)∑=ni i i x v 1max (式2)void force(int a[16][4])//蛮力法产生4个物品的子集{int i,j;int n=16;int m,t;for(i=0;i<16;i++){ t=i;for(j=3;j>=0;j--){m=t%2;a[i][j]=m;t=t/2;}}for(i=0;i<16;i++)//输出保存子集的二维数组{for(j=0;j<4;j++){printf("%d ",a[i][j]);}printf("\n");}}以下要依次判断每个子集的可行性,找出可行解:void panduan(int a[][4],int cw[])////判断每个子集的可行性,如果可行则计算其价值存入数组cw,不可行则存入0{int i,j;int n=16;int sw,sv;for(i=0;i<16;i++){sw=0;sv=0;for(j=0;j<4;j++){sw=sw+wp[j].w*a[i][j];sv=sv+wp[j].v*a[i][j];}if(sw<=c)cw[i]=sv;elsecw[i]=0;}在可行解中找出最优解,即找出可行解中满足目标函数的最优解。

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多阶段决策问题中,各个阶段采取的决策,一般来说是与时间有关的,决策依赖于当前状态,又随即引起状态的转移,一个决策序列就是在变化的状态中产生出来的,故有“动态”的含义,称这种解决多阶段决策最优化问题的方法为动态规划方法。任何思想方法都有一定的局限性,超出了特定条件,它就失去了作用。同样,动态规划也并不是万能的。适用动态规划的问题必须满足最优化原理和无后效性。1.最优化原理(最优子结构性质)最优化原理可这样阐述:一个最优化策略具有这样的性质,不论过去状态和决策如何,对前面的决策所形成的状态而言,余下的诸决策必须构成最优策略。简而言之,一个最优化策略的子策略总是最优的。一个问题满足最优化原理又称其具有最优子结构性质。2.无后效性将各阶段按照一定的次序排列好之后,对于某个给定的阶段状态,它以前各阶段的状态无法直接影响它未来的决策,而只能通过当前的这个状态。换句话说,每个状态都是过去历史的一个完整总结。这就是无后向性,又称为无后效性。3.子问题的重叠性动态规划将原来具有指数级时间复杂度的搜索算法改进成了具有多项式时间复杂度的算法。其中的关键在于解决冗余,这是动态规划算法的根本目的。动态规划实质上是一种以空间换时间的技术,它在实现的过程中,不得不存储产生过程中的各种状态,所以它的空间复杂度要大于其它的算法。
在包含问题的所有解的解空间树中,按照深度优先搜索的策略,从根结点出发深度探索解空间树。当探索到某一结点时,要先判断该结点是否包含问题的解,如果包含,就从该结点出发继续探索下去,如果该结点不包含问题的解,则逐层向其祖先结点回溯。(其实回溯法就是对隐式图的深度优先搜索算法)。若用回溯法求问题的所有解时,要回溯到根,且根结点的所有可行的子树都要已被搜索遍才结束。而若使用回溯法求任一个解时,只要搜索到问题的一个解就可以结束
解问题P的最朴素的方法就是枚举法,即对E中的所有n元组逐一地检测其是否满足D的全部约束,若满足,则为问题P的一个解。但显然,其计算量是相当大的。
我们发现,对于许多问题,所给定的约束集D具有完备性,即i元组(x1,x2,…,xi)满足D中仅涉及到x1,x2,…,xi的所有约束意味着j(j<=i)元组(x1,x2,…,xj)一定也满足D中仅涉及到x1,x2,…,xj的所有约束,i=1,2,…,n。换句话说,只要存在0≤j≤n-1,使得(x1,x2,…,xj)违反D中仅涉及到x1,x2,…,xj的约束之一,则以(x1,x2,…,xj)为前缀的任何n元组(x1,x2,…,xj,xj+1,…,xn)一定也违反D中仅涉及到x1,x2,…,xi的一个约束,n≥i≥j。因此,对于约束集D具有完备性的问题P,一旦检测断定某个j元组(x1,x2,…,xj)违反D中仅涉及x1,x2,…,xj的一个约束,就可以肯定,以(x1,x2,…,xj)为前缀的任何n元组(x1,x2,…,xj,xj+1,…,xn)都不会是问题P的解,因而就不必去搜索它们、检测它们。回溯法正是针对这类问题,利用这类问题的上述性质而提出来的比枚举法效率更高的算法。
动态规划法、回溯法解0-1背包问题
2012级计科庞佳奇
一、问ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ描述与分析
1.动态规划算法通常用于求解具有某种最优性质的问题。在这类问题中,可能会有许多可行解。每一个解都对应于一个值,我们希望找到具有最优值的解。动态规划算法与分治法类似,其基本思想也是将待求解问题分解成若干个子问题,先求解子问题,然后从这些子问题的解得到原问题的解。与分治法不同的是,适合于用动态规划求解的问题,经分解得到子问题往往不是互相独立的。若用分治法来解这类问题,则分解得到的子问题数目太多,有些子问题被重复计算了很多次。如果我们能够保存已解决的子问题的答案,而在需要时再找出已求得的答案,这样就可以避免大量的重复计算,节省时间。我们可以用一个表来记录所有已解的子问题的答案。不管该子问题以后是否被用到,只要它被计算过,就将其结果填入表中。这就是动态规划法的基本思路。具体的动态规划算法多种多样,但它们具有相同的填表格式。
可用回溯法求解的问题P,通常要能表达为:对于已知的由n元组(x1,x2,…,xn)组成的一个状态空间E={(x1,x2,…,xn)∣xi∈Si,i=1,2,…,n},给定关于n元组中的一个分量的一个约束集D,要求E中满足D的全部约束条件的所有n元组。其中Si是分量xi的定义域,且|Si|有限,i=1,2,…,n。我们称E中满足D的全部约束条件的任一n元组为问题P的一个解。
二、算法设计(或算法步骤)
1.这是最基础的背包问题,特点是:每种物品仅有一件,可以选择放或不放。用子问题定义状态:即f[i][v]表示前i件物品恰放入一个容量为v的背包可以获得的最大价值。则其状态转移方程便是:f[i][v]=max{f[i-1][v],f[i-1][v-c[i]]+w[i]}这个方程非常重要,基本上所有跟背包相关的问题的方程都是由它衍生出来的。所以有必要将它详细解释一下:“将前i件物品放入容量为v的背包中”这个子问题,若只考虑第i件物品的策略(放或不放),那么就可以转化为一个只牵扯前i-1件物品的问题。如果不放第i件物品,那么问题就转化为“前i-1件物品放入容量为v的背包中”,价值为f[i-1][v];如果放第i件物品,那么问题就转化为“前i-1件物品放入剩下的容量为v-c[i]的背包中”,此时能获得的最大价值就是f[i-1][v-c[i]]再加上通过放入第i件物品获得的价值w[i]。
2.(1)分析要解决的问题,给出你的思路,可以借助图表等辅助表达。
01背包问题用回溯法实现就是要枚举其所有的解空间,时间复杂度为(2)nO左右。搜索的具体方法如下:
01背包是在M件物品取出若干件放在空间为W的背包里,每件物品的体积为W1,W2……Wn,与之相对应的价值为P1,P2……Pn。求出获得最大价值的方案。
2.回溯法(探索与回溯法)是一种选优搜索法,按选优条件向前搜索,以达到目标。但当探索到某一步时,发现原先选择并不优或达不到目标,就退回一步重新选择,这种走不通就退回再走的技术为回溯法,而满足回溯条件的某个状态的点称为“回溯点”。
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