ACM模板——背包(01、完全、多重)算法

简介: ACM模板——背包(01、完全、多重)算法

注释版

/*
状态方程:f[i][j]=max{f[i-1][j],f[i-1][j-c[i]]+w[i]}
解释:对于这方方程其实并不难理解,方程之中,现在需要放置的是第i件物品,这件物品的体积是c[i],价值是w[i],因此f[i][j]代表第i件物品中假设背包总量为j(所以最后为啥结果是f[n][m]代表所有物品最大背包空间的结果),f[i-1][j]代表的就是不将这件物品放入背包,而f[i-1][j-c[i]]+w[i]则是代表将第i件放入背包之后的总价值,比较两者的价值,得出最大的价值存入现在的背包之中。
*/
#include<bits/stdc++.h>
#define mem(a,b) memset(a,b,sizeof a)
using namespace std;
typedef long long ll;
const int MAXN = 1005;
int dp[MAXN]; // 滚动数组
int val[MAXN],weight[MAXN],num[MAXN]; // 价值 重量 个数
int n,m; // 物品种数 物品重量
// 状态转移方程:dp[i][j] = max( dp[i-1][j] , dp[i-1][ j - weight[i] ] + value[i] )
void ZeroOne_Pack(int val,int weight,int m) // 01背包
{
    // 从1开始有讲究的,是因为涉及到dp[i-1][j],从0开始会越界
//    for(int i=1; i<=n; i++) // 判断每个物品能否放进
//    {
//        // 这边两重for都可以倒着写,只是需要处理最边界的情况,滚动数组不一样
//        for(int j=0; j<=m; j++) // 对每个状态进行判断
//        {
//            if(j>=weight[i]) // 能放进
//                dp[i][j]=max(dp[i-1][j],dp[i-1][j-weight[i]]+value[i]);
//
//            else dp[i][j]=dp[i-1][j]; // 不能放进
//        }
//    }
    // 如果有需要可以还原以上注释的代码,具体情况具体分析
    // 倒着 j-- 是因为当 i==2 时,j 从小到大递增的话,原来的数据可能就被新的数据覆盖掉
    for(int j=m;j>=weight;j--)  // 没有 j>=0 是因为 j>=weight[i] 代表能放进,放不进那就还是原来的值即可,没变过
        // PS1:加判断状态是否可转移(dp[m]一定代表正好背包放满的状态的值):因为for_j循环体内,每一种可能,都要经过判断,当前状态是否可转移,若可以,则调用max,否则跳过当前状态,进入下一种状态。
        // PS2:不加判断状态是否可转移(dp[m]不一定代表正好背包放满的状态的值):因为 j 代表每一种可能性,并不代表一个确定的使用空间的量,所以 dp[m] 到最后可能是一个虚值,但是如果dp初始化时,是个负大值(注意:这个负数要足够大,使虚值到达不了正数,否则会与真值混乱),dp[m] 最终且大于0,则该 dp[m] 是真实值。
//        if(j==weight || dp[j-weight]!=0) // 这里0代表初始值
            dp[j]=max(dp[j],dp[j-weight]+val); // j 代表使用了多少空间
}
// 状态转移方程:dp[i][j] = max ( dp[i-1][j - k*weight[i]] +k*value[i] )  (0<=k*weight[i]<=m)
void Complete_Pack(int val,int weight,int m) // 完全背包
{
    // 如果有需要可以还原类似的以上注释的代码,具体情况具体分析
    for(int j=weight;j<=m;j++)// 利用这种影响(因为物品不知道取几个,能取就减,这种影响正好就是这个题目的意思)
//        if(j==weight || dp[j-weight]!=0) // 这里0代表初始值,其他同上
            dp[j]=max(dp[j],dp[j-weight]+val);
}
// 把物品拆开,把相同的num[i]件物品 看成 价值跟重量相同的num[i]件不同的物品,那么,是不是就转化成了一个规模稍微大一点的01背包了
// for(int k=0; k<num[i]; k++) // 其实就是把这类物品展开,调用num[i]次01背包代码,三重 for 代码略(for_k 在 for_i 和 for_j 之间),不推荐
// dp[i][j] = max ( dp[i-1][j - k*weight[i]] +k*value[i] )  (0<=k<=num[i])(这个跟完全背包差点就一毛一样了)
int Multi_Pack(int val[],int weight[],int n,int m) // 多重背包
{
    mem(dp,0);
    for(int i=0;i<n;i++) // 遍历每种物品
    {
        if(num[i]*weight[i]>m) // 如果全装进去已经超了重量,相当于这个物品就是无限的
        {
            Complete_Pack(val[i],weight[i],m); // 因为是取不光的。那么就用完全背包去套
        }
        else // 取得光的话,去遍历每种取法
        {
            // 三重 for 代码
//            for(int i=1; i<=n; i++) // 每种物品
//
//                for(int k=0; k<num[i]; k++) // 其实就是把这类物品展开,调用num[i]次01背包代码
//
//                    for(int j=m; j>=weight[i]; j--) // 正常的01背包代码
//
//                        dp[j]=max(dp[j],dp[j-weight[i]]+val[i]);
            // 这里用到是二进制思想,降低了复杂度
            // 为什么呢,因为他取的1,2,4,8...与余数个该物品,打包成一个大型的该物品
            // 这样足够凑出了从[0,k) 个该物品取法
            // 把复杂度从 k 变成了 logk
            // 如k=11,则有1,2,4,4,足够凑出[0,11) 个该物品的取法
            // i.e.   k     num
            //        1     11
            //        2     10
            //        4     8
            //        8     4
            // 1 2 4 4
            // 转换三重 for 代码,关键下面num[i]*val[i],num[i]*weight[i]这两个参数传参进去,dp[]在做 1+2+4+4 替换中间 for_k 循环 01 背包的操作
            int k=1;
            while(k<num[i])
            {
                ZeroOne_Pack(k*val[i],k*weight[i],m);
                num[i]-=k;
                k<<=1;
            }
            // 不需要 if num[i]>0 因为 <=0 都不会有误操作
            ZeroOne_Pack(num[i]*val[i],num[i]*weight[i],m); // 为什么不用 k,因为要把剩余的 num[i] 最后走一遍01背包
        }
    }
    return dp[m];
}

简化版

#include<bits/stdc++.h>
#define mem(a,b) memset(a,b,sizeof a)
using namespace std;
typedef long long ll;
const int MAXN = 1005;
int dp[MAXN];
int val[MAXN],weight[MAXN],num[MAXN];
int n,m;
void ZeroOne_Pack(int val,int weight,int m)
{
    for(int j=m;j>=weight;j--)
//        if(j==weight || dp[j-weight]!=0)
            dp[j]=max(dp[j],dp[j-weight]+val);
}
void Complete_Pack(int val,int weight,int m)
{
    for(int j=weight;j<=m;j++)
//        if(j==weight || dp[j-weight]!=0)
            dp[j]=max(dp[j],dp[j-weight]+val);
}
int Multi_Pack(int val[],int weight[],int n,int m)
{
    mem(dp,0);
    for(int i=0;i<n;i++)
    {
        if(num[i]*weight[i]>m)
        {
            Complete_Pack(val[i],weight[i],m);
        }
        else
        {
            int k=1;
            while(k<num[i])
            {
                ZeroOne_Pack(k*val[i],k*weight[i],m);
                num[i]-=k;
                k<<=1;
            }
            ZeroOne_Pack(num[i]*val[i],num[i]*weight[i],m);
        }
    }
    return dp[m];
}
int main()
{
    int T; scanf("%d",&T);
    int n,m;
    while(T-- && ~scanf("%d%d",&n,&m))
    {
//        for(int i=0;i<n;i++) // init
//            scanf("%d%d",&val[i],&weight[i]);
//
//        for(int i=0;i<n;i++) // 01
//            for(int j=m;j>=weight[i];j--)
//                dp[j]=max(dp[j],dp[j-weight[i]]+val[i]);
//
//        for(int i=0;i<n;i++) // 完全
//            for(int j=weight;j<=m;j++)
//                dp[j]=max(dp[j],dp[j-weight]+val);
        for(int i=0;i<n;i++)
            scanf("%d%d%d",&val[i],&weight[i],&num[i]);
        int rs=Multi_Pack(val,weight,n,m);
        printf("%d\n",rs);
    }
    return 0;
}


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