洛谷题集——装箱问题(暴力dfs、0/1揹包通俗版)

前言:这道题可以说是最经典的0/1揹包问题
最近算是第一次正式遇到0/1揹包问题(以前都是暴力求解),这篇文章主要将这种类型的题目讲细、讲清楚。

装箱问题

有一个箱子容量为VV(正整数,0 ≤ V ≤ 20000),同时有n个物品(0 < n < 30,每个物品有一个体积(正整数)。
要求n个物品中,任取若干个装入箱内,使箱子的剩余空间为最小。
输入格式
1个整数,表示箱子容量
1个整数,表示有n个物品
接下来n行,分别表示这n个物品的各自体积
输出格式
1个整数,表示箱子剩余空间。

输入输出样例
输入
24
6
8
3
12
7
9
7
输出
0


题目所求:最小剩余空间 = 揹包空间 - 揹包最多能装的空间
题目与其是求最小剩余空间,不如说是求该箱子最多能装多少空间。
这道最普通的方法就是dfs暴力解法。

暴力dfs解法

主要思路:模拟每个物品按不同顺序装入揹包的情况。这种思路会导致有很多装入的顺序不同,但是最终能装入揹包的空间是相同的。
可能该代码能够进行部分剪枝优化,但是仍然无法完全避免多次重复判断的情况,从而造成程序运行超时。

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int V, n, v[35], ans=20001;
int judge[35]={false};
void dfs(int yy_v)
{
	ans = min(ans, V-yy_v);
	
	for(int i=0; i<n; i++)
	{
		if(judge[i]==false && yy_v+v[i]<=V)
		{
			judge[i]=true;
			dfs(yy_v+v[i]);
			judge[i]=false;
		}
	}
}

int main()
{
	cin>>V>>n;
	for(int i=0; i<n; i++)
		cin>>v[i];
	
	for(int i=0; i<n; i++)
	{
		if(V>=v[i])
		{
			judge[i]=true;
			dfs(v[i]);
			judge[i]=false;
		}
	}
	cout<<ans;
	
	return 0;
}

0/1揹包

个人认为:0/1揹包思路一想通了,就会容易理解,然后多练习类似的题型巩固知识,就能掌握。

//代码核心逻辑
	for(int i=0; i<n; i++)
	{
		for(int j=V; j>=v[i]; j--)
		dp[j] = max(dp[j-v[i]]+v[i], dp[j]);
	}
解题思路

首先我们看dp数组在该代码中扮演的角色——不同类型的揹包。
dp[j] :揹包总空间为 j 的揹包。 v[i] :第 i 件物品的空间大小。

步骤一:我们将每个物品都尝试放入不同大小的揹包。

步骤二: 当该 dp[j] 揹包的总空间 j >= v[i],dp[j]揹包在空包的条件下,能装得下中物品v[i]。
反之如果 j < v[i],dp[j]揹包无论如何都装不得下中物品v[i]。
(ps:这也是为什么在代码中 j 要由大到小的原因)

如何推出状态转移方程:dp[j] = max(dp[j - v[i]] + v[i], dp[j])?
让我们想一想,如果揹包 dp[j] 本身就装了很多空间,它装的空间甚至比揹包dp[j - v[i]] 加上 v[i] 还要多,聪明的我们肯定是保留 dp[j] 本身的值,才能使揹包dp[j] 装的空间最多。
反之,如果 dp[j] 本身装的空间少于揹包dp[j - v[i]] 加上 v[i],那揹包 dp[j] 就能装更多的空间,并且装的物品空间就是揹包dp[j - v[i]] 加上 v[i]。
(ps:这里的空间是指揹包中已装物品占用的空间)

步骤三:得出答案ans
揹包dp[V]最小剩余空间 = 揹包dp[V]总面积 - 揹包dp[V]最多能装的空间。
ans = V - dp[V]

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int V, n, v[35], ans;
int dp[20000];
int main()
{
	memset(dp, 0, sizeof(dp));
	cin>>V>>n;
	for(int i=0; i<n; i++)
		cin>>v[i];
		
	for(int i=0; i<n; i++)
	{
		//将每个物品都放入不同大小的揹包
		for(int j=V; j>=v[i]; j--)
		dp[j] = max(dp[j-v[i]]+v[i], dp[j]);
	}
	
	cout<<V - dp[V];

	return 0;	
}

总结

0/1揹包问题解决方法主要是通过求小规模最优解,推到大规模最优解,难点在于状态转移方程的设计。
这种类型的题太常见了,每次都是用暴力求解,经常会失分,太可惜。
希望看完这篇博客的你,对0/1揹包有了更深入的理解,让解题更加轻松、快乐。

一直将自己的学习经验分享给有需要的人。
我是小郑,一个坚持不懈的小白

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