当前位置 博文首页 > Inmaturity_7的博客:动态规划算法--0/1背包问题求解(Java)

    Inmaturity_7的博客:动态规划算法--0/1背包问题求解(Java)

    作者:[db:作者] 时间:2021-07-16 21:52

    动态规划算法–0/1背包问题求解(Java)

    学习视频:尚硅谷韩老师Java讲解数据结构与算法

    一、动态规划算法介绍

    1. 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 的处理算法
    2. 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。
    3. 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。 ( 即下一个子 阶段的求解是建立在上一个子阶段的解的基础上,进行进一步的求解 )
    4. 动态规划可以通过填表的方式来逐步推进,得到最优解.

    二、动态规划算法最佳实践-背包问题

    背包问题:有一个背包,容量为 4 磅 , 现有如下物品
    在这里插入图片描述

    2.1、题目要求
    1. 要求达到的目标为装入的背包的总价值最大,并且重量不超出
    2. 要求装入的物品不能重复
    2.2、思路分析和图解
    1. 背包问题主要是指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 背包完全背包(完全背包指的是:每种物品都有无限件可用)
    2. 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。
    3. 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 val[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 val[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][j] 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][j]=0; //表示填入表第一行和第一列是0 
    (2) 当 w[i]> j 时:v[i][j]=v[i-1][j] //当准备加入新增的商品的容量大于当前背包的容量时,就直接使用上一个单元格的装入策略
    (3) 当 j>=w[i]时: v[i][j]=max{v[i-1][j], v[i]+v[i-1][j-w[i]]} 
    //当准备加入的新增的商品的容量小于等于当前背包的容量
    //装入的方式: 
    v[i-1][j]: 就是上一个单元格的装入的最大值 
    val[i] : 表示当前商品的价值。v[i-1][j-w[i]] : 装入 i-1 商品后剩余空间 j-w[i]的所能装入物品价值最大值 
    当 j>=w[i]时: v[i][j]=max{v[i-1][j], v[i]+v[i-1][j-w[i]]} :
    
    2.3、图解的分析

    在这里插入图片描述

    2.4、代码实现:
    package com.lxf.dp;
    
    public class knapsackProblem {
        public static void main(String[] args) {
            int[] w={1,4,3};//物品的重量
            int[] val={1500,3000,2000};//物品的价值
            int m=4;//背包的容量
            int n=val.length;//物品的个数
    
            //1.创建二维数组
            //v[i][j]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
            int[][] v=new int[n+1][m+1];
            //存放记录数组
            int[][] path=new int[n+1][m+1];
    
            //2.初始化第一行第一列(已经处理了,因为默认是0)
            //3.根据公式来动态规划处理
            for (int i = 1; i < v.length; i++) {
                for (int j = 1; j < v[0].length; j++) {
                    //公式
                    if(w[i-1]>j){//因为我们程序i是从1开始的,因此原来的公式中的w[i]修改成w[i-1]
                        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];
                        }
                    }
                }
            }
    
            //打印结果:
            for (int i = 0; i < v.length; i++) {
                for (int j = 0; j < v[0].length; j++) {
                    System.out.print(v[i][j]+" ");
                }
                System.out.println();
            }
    
    
            //最后一次存放进背包的组合:
            int i=path.length-1;//行的最大下标
            int j=path[0].length-1;//列的最大下标
    
            while (i>0&&j>0){
                if(path[i][j]==1){
                    System.out.printf("第%d个商品放入到背包\n",i);
                    j-=w[i-1];
                }
                i--;
            }
        }
    }
    
    
    cs