0-1背包详细解析及python实现

n件商品数量,限制的最大重量(capacity)是c,物品的重量数组是w,商品价值数组是v,求能取得的最大价值

动态规划解法:

  1. 构建二维数组:每一行代表一个物品,并添加全0的第一行,代表没有商品,因此实际是n+1行;每一列代表当前背包的容量,共c+1列(0,1,...,c)
  2. 状态转移矩阵:原始形式是:
if w[i] > j:   #如果第i件物品太重,背包已放不下
    dp[i][j] = dp[i-1][j]
else:  #背包还放得下第i件物品
    dp[i][j] = max(dp[i-1][j], dp[i-1][j-w[i]]+v[i])  #偷与不偷取价值最大值

因为我们人为添加了第一行代表没有物品,因此w和v数组的索引i需要相应的减一:

if w[i-1] > j:   #如果第i件物品太重,背包已放不下
    dp[i][j] = dp[i-1][j]
else:  #背包还放得下第i件物品
    dp[i][j] = max(dp[i-1][j], dp[i-1][j-w[i-1]]+v[i-1])  #偷与不偷取价值最大值

最终代码:

def bag(n,c,w,v):
	dp = [[0] * (c+1) for _ in range(n+1)]
	for i in range(1,n+1):
		for j in range(1,c+1):
			if w[i-1] > j:
				dp[i][j] = dp[i-1][j]
			else:
				dp[i][j] = max(dp[i-1][j],dp[i-1][j-w[i-1]]+v[i-1])
	return dp[-1][-1]

n=5
c=10
w=[2,2,6,5,4]
v=[6,3,5,4,6]

print(bag(n,c,w,v))

图示中n=5,c=20

时间复杂度O(n*c),空间复杂度O(n*c)。其实计算第i行时,只需要保留第i-1行信息就可以啦,空间复杂度可优化到O(c)

递归的时间复杂度是O(2^N)与c无关,因此当c很大时,递归会比动态规划更好

参考视频:【经典算法】01背包问题

漫画:什么是动态规划?

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