动态规划

1. 背包问题

01背包

基本状态:f[i][v]表示前i件物品恰放入一个容量为v的背包可以获得的最大价值
基本转移方程:f[i][v]=max{f[i-1][v],f[i-1][v-c[i]]+w[i]},解释:前i-1件物品放入剩下的容量为v-c[i]的背包中
初始化:1. 要求恰好装满背包,那么在初始化时除了f[0]为0其它f[1..V]均设为-∞, 2.没有要求必须把背包装满,而是只希望价格尽量大,初始化时应该将f[0..V]全部设为0

完全背包

基本状态:f[i][v]表示前i件物品恰放入一个容量为v的背包可以获得的最大价值
基本转移方程:f[i][v]=max{ f[i-1][v-k*c[i]] + k*w[i] | 0<=k*c[i]<=v }
优化转移方程: f[i][v]=max{f[i-1][v],f[i][v-c[i]]+w[i]}
实现:

for i=1..N 
    for v=0..V # 对于i个物品,v的大小,循环添加当前物品
        f[v]=max{f[v],f[v-cost]+weight}

当我们把i从1到N循环时,f[v]表示容量为v在前i种背包时所得的价值,这里我们要添加的不是前一个背包,而是当前背包。所以我们要考虑的当然是当前状态。

多重背包

基本状态:f[i][v]表示前i件物品恰放入一个容量为v的背包可以获得的最大价值
基本转移方程: f[i][v]=max{f[i-1][v-k*c[i]]+k*w[i]|0<=k<=n[i]}
优化实现:

procedure MultiplePack(cost,weight,amount)
    if cost*amount>=V
        CompletePack(cost,weight)
        return
    integer k=1
    while k<amount
        ZeroOnePack(k*cost,k*weight)
        amount=amount-k
        k=k*2
    ZeroOnePack(amount*cost,amount*weight)

混合三种背包问题

有的物品只可以取一次(01背包),有的物品可以取无限次(完全背包),有的物品可以取的次数有一个上限(多重背包)

for i=1..N
    if 第i件物品属于01背包
        ZeroOnePack(c[i],w[i])
    else if 第i件物品属于完全背包
        CompletePack(c[i],w[i])
    else if 第i件物品属于多重背包
        MultiplePack(c[i],w[i],n[i])

二维费用的背包问题

转移状态方程(加上一个向度):f[i][v][u]=max{f[i-1][v][u],f[i-1][v-a[i]][u-b[i]]+w[i]}

分组的背包问题

有N件物品和一个容量为V的背包。第i件物品的费用是c[i],价值是w[i]。这些物品被划分为若干组,每组中的物品互相冲突,最多选一件。求解将哪些物品装入背包可使这些物品的费用总和不超过背包容量,且价值总和最大。

状态:f[k][v]表示前k组物品花费费用v能取得的最大权值
状态转移方程:f[k][v]=max{f[k-1][v],f[k-1][v-c[i]]+w[i]|物品i属于组k}

for 所有的组k
    for v=V..0
        for 所有的i属于组k
            f[v]=max{f[v],f[v-c[i]]+w[i]}

以下来源于九章算法课件 -- jiuzhang.com

  1. 状态 State (灵感,创造力,存储小规模问题的结果) 何时用dp?
    • 最优解/Maximum/Minimum
    • Yes/No
    • Count(*)
  2. 方程 Function
    • 状态之间的联系,怎么通过小的状态,来求得大的状态
  3. 初始化 Intialization
    • 最极限的小状态是什么, 起点
  4. 答案 Answer
    • 最大的那个状态是什么,终点

题目类型1

利用滚动数组对空间的优化(从小朝大递推)

题目类型2

记忆化搜索 (从大朝小递推)什么时候用?

  1. 状态转移特别麻烦,不是顺序性。
  2. 初始化状态不是很容易找到。

题目类型3

区间类DP, 特点:

  1. 求一段区间的解max/min/count
  2. 转移方程通过区间更新
  3. 从大到小的更新

题目类型4

双序列动态规划
state: f[i][j]代表了第一个sequence的前i个数字/字符,配上第二个sequence的前j个...

  • function: f[i][j] = 研究第i个和第j个的匹配关系
  • initialize: f[i][0] 和 f[0][i]
  • answer: f[n][m] min/max/数目/存在关系
  • n = s1.length()
  • m = s2.length()

题目类型5

背包类DP,特点:

  1. 用值作为DP维度
  2. DP过程就是填写矩阵
  3. 可以滚动数组优化
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