目录
1. 动态规划算法介绍
- 动态规划(Dynamic Programming)算法的核心思想是:将大问题划分为小问题进行解决,从而一步步获取最优解的算法
- 动态规划算法与分治算法类似,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。
- 与分治不同的是,适用于动态规划求解的问题,经分解得到的子问题往往不是独立的(即下一个子阶段的求解是建立在上一个子阶段的基础上,进行进一步求解)。分治算法可参考上篇:算法其实很简单—分治算法
- 动态规划可以通过填表的方式来逐步推进,得到最优解。
2. 动态规划的最佳实践—背包问题
2.1 思路求解
- 背包问题主要是指一一个给定容量的背包、若干具有一定价值和重量的物品,如何选择物品放入背包使物品的价值最大。其中又分01背包和完全背包(完全背包指的是:每种物品都有无限件可用)
- 这里的问题属于01背包,即每个物品最多放-一个。 而无限背包可以转化为01背包。
- 算法的主要思想,利用动态规划来解决。每次遍历到的第i个物品,根据w[i]和v[i]来确定是否需要将该物品放入背包中。即对于给定的n个物品,设v[i]、 w[i]分 别为第i个物品的价值和重量,C为背包的容量。再令v[i][i]表示在前i个物品中能够装入容量为j的背包中的最大价值。则我们有下面的结果:
1) v[i][0]=v[0][ij]=0;表示填入表的第一行和第一列全部为0
2)当w[i]> j时: v[i][j]=v[i-1][j];表示当当前商品的重量即w[i]大于当前背包的容量的时候,直接使用上一个单元格的装入策略
3)当j>=w[i]时: v[i][i]=max{v[i-1][j],v[i-1][j-w[i]]+v[i]};表示当背包的容量大于等于当前物品的容量时,装入的方式为左边单元格装入策略,与当前物品和背包容量减去当前物品容量的装入策略的最大值。
j-w[i]表示装入w[i]容量后剩余空间,,v[i-1][j-w[i]]表示剩余空间可以装入的最大值
2.2 图为分析后的结果图
2.3 代码实现
/**
* @author 浪子傑
* @version 1.0
* @date 2020/6/9
*/
public class KnapsackDemo {
public static void main(String[] args) {
// 物品的重量
int[] w = {1, 4, 3};
// 物品的价值
int[] val = {1500, 3000, 2000};
// 背包的容量
int m = 4;
// 物品的个数
int n = val.length;
// 创建二位数组,即如图的表格
int[][] v = new int[n + 1][m + 1];
int[][] path = new int[n + 1][m + 1];
for (int i = 0; i < v.length; i++) {
for (int j = 0; j < v[i].length; j++) {
// 当横坐标和纵坐标都为0时,此时的容量为0
if (i == 0 || j == 0) {
v[i][j] = 0;
} else {
// 如果当前的重量小于物品的重量时,将上一行的值即最大值给当前
if (w[i - 1] > j) {
v[i][j] = v[i - 1][j];
} else {
// v[i][j] = Math.max(v[i - 1][j], val[i - 1] + v[i - 1][j - w[i - 1]]);
if (v[i - 1][j] < val[i - 1] + v[i - 1][j - w[i - 1]]) {
v[i][j] = val[i - 1] + v[i - 1][j - w[i - 1]];
path[i][j] = 1;
} else {
v[i][j] = v[i - 1][j];
}
}
}
}
}
// 展示生成的结果
for (int i = 0; i < v.length; i++) {
for (int j = 0; j < v[i].length; j++) {
System.out.print(v[i][j] + " ");
}
System.out.println();
}
// 展示生成的结果
// for (int i = 0; i < path.length; i++) {
// for (int j = 0; j < path[i].length; j++) {
// if (path[i][j] == 1) {
// System.out.printf("第%d个商品放入背包", i);
// System.out.println();
// }
// }
// }
// 展示生成的结果
int i = path.length - 1;
int j = path[0].length - 1;
while (i > 0 && j > 0) {
if (path[i][j] == 1) {
System.out.printf("第%d个商品放入背包\n", i);
j = j - w[i - 1];
}
i--;
}
}
}