Day 42 DP:背包问题,416. 分割等和子集

背包问题介绍

  • 参考

    • 背包:最大容量(体积,重量)j
    • 物品:
      • 体积,重量 weight[i]
      • 价值 value[i]
    • 以下介绍0-1背包:每个物品最多只能使用一次
    • dp[i][j]: 物品0,1,...,i中取若干个; 背包容量为j;最大价值
    • 递推公式:
      • 第i个物品:不取 vs 取 (注意要先判断是否可取)
      • dp[i][j] = max(dp[i-1][j], dp[i-1][j-weight[i]] + value[i]), j >= weight[i]
    • dp[i][0] = 0
      dp[0][j] = 0, j < weight[0]
      dp[0][j] = value[0], j >= weight[0]
    • 遍历顺序
      • 先物品,再背包 (组合,带去重功能)
      • 先背包,再物品 (排列)
def test_2_wei_bag_problem1(bag_size, weight, value) -> int: 
    rows, cols = len(weight), bag_size + 1
    dp = [[0 for _ in range(cols)] for _ in range(rows)]
    
    # 初始化dp数组. 
    for i in range(rows): 
        dp[i][0] = 0
    first_item_weight, first_item_value = weight[0], value[0]
    for j in range(1, cols):    
        if first_item_weight <= j: 
            dp[0][j] = first_item_value

    # 更新dp数组: 先遍历物品, 再遍历背包. 
    for i in range(1, len(weight)): 
        cur_weight, cur_val = weight[i], value[i]
        for j in range(1, cols): 
            if cur_weight > j: # 说明背包装不下当前物品. 
                dp[i][j] = dp[i - 1][j] # 所以不装当前物品. 
            else: 
                # 定义dp数组: dp[i][j] 前i个物品里,放进容量为j的背包,价值总和最大是多少。
                dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - cur_weight] + cur_val)

    print(dp)


if __name__ == "__main__": 
    bag_size = 4
    weight = [1, 3, 4]
    value = [15, 20, 30]
    test_2_wei_bag_problem1(bag_size, weight, value)
  • 空间优化
    • dp[i][j]由dp[i-1][j]和dp[i-1][j-weight[i]]得到.物品空间维数可压缩 (滚动数组)。
    • dp[j]: 容量为j的背包(当前)所背物品的最大价值
    • 每个物品只能用一次,遍历j需要倒序
def test_1_wei_bag_problem():
    weight = [1, 3, 4]
    value = [15, 20, 30]
    bag_weight = 4
    # 初始化: 全为0
    dp = [0] * (bag_weight + 1)

    # 先遍历物品, 再遍历背包容量
    for i in range(len(weight)):
        for j in range(bag_weight, weight[i] - 1, -1):
            # 递归公式
            dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i])

    print(dp)

test_1_wei_bag_problem()

416. 分割等和子集

  • 思路
    • example
    • 背包:容量target = sum_ //2 (sum_为偶数)
    • 物品:数字
      • 重量=nums[i]
      • 价值=nums[i]
    • 0-1背包(每个数字使用一次)
    • dp[i][j]: 数字nums[0],...,nums[i]中选取若干个,背包容量为target所能容纳的最大价值(子集和)。
    • 目标:return dp[n-1][target] == target
    • 递推公式:

dp[i][j] = max(dp[i-1][j], dp[i-1][j-nums[i]] + nums[j])

  • 复杂度. 时间:O(n*max), 空间: O(max), max = \max(nums)
class Solution:
    def canPartition(self, nums: List[int]) -> bool:
        n = len(nums)
        sum_ = sum(nums)
        if sum_ % 2 != 0:
            return False 
        target = sum_ // 2
        dp = [[0 for _ in range(target+1)] for _ in range(n)]
        for j in range(nums[0], target+1):
            dp[0][j] = nums[0]
        for i in range(1, n):
            for j in range(1, target+1):
                if j < nums[i]:
                    dp[i][j] = dp[i-1][j]
                else:
                    dp[i][j] = max(dp[i-1][j], dp[i-1][j-nums[i]] + nums[i])
        return dp[n-1][target] == target  
class Solution:
    def canPartition(self, nums: List[int]) -> bool:
        n = len(nums) 
        sum_ = sum(nums)
        if sum_ % 2 != 0:
            return False 
        target = sum_ // 2 
        dp = [[0 for _ in range(target+1)] for _ in range(n)]  
        for j in range(target+1):
            if j >= nums[0]:
                dp[0][j] = nums[0]  
        for i in range(n):
            for j in range(target+1):
                if j < nums[i]:
                    dp[i][j] = dp[i-1][j] 
                else:
                    dp[i][j] = max(dp[i-1][j], dp[i-1][j-nums[i]]+nums[i])
        return dp[n-1][target] == target  
  • 空间优化(内层背包逆序遍历)
class Solution:
    def canPartition(self, nums: List[int]) -> bool:
        n = len(nums)
        sum_ = sum(nums)
        if sum_ % 2 != 0:
            return False 
        target = sum_ // 2
        dp = [0 for _ in range(target+1)]
        for j in range(nums[0], target+1):
            dp[j] = nums[0]
        for i in range(1, n):
            for j in range(target, 0, -1):
                if j >= nums[i]:
                    dp[j] = max(dp[j], dp[j-nums[i]] + nums[i])
        return dp[target] == target
  • 可只记录dp[i][j]的True/False值(可行性), 下面给出二维DP版本
    • 注意dp[i][j]关于背包容量j这里是“=”逻辑, 不是最多逻辑。
class Solution:
    def canPartition(self, nums: List[int]) -> bool:
        n = len(nums) 
        sum_ =sum(nums)
        if sum_ % 2 != 0:
            return False  
        target = sum_ // 2
        dp = [[False for _ in range(target+1)] for _ in range(n)]
        for j in range(target+1):
            if j == nums[0]:
                dp[0][j] = True 
                break  
        for i in range(1, n):
            for j in range(target+1):
                if j < nums[i]:
                    dp[i][j] = dp[i-1][j] 
                else:
                    dp[i][j] = dp[i-1][j] or dp[i-1][j-nums[i]]
        return dp[n-1][target]  
  • dfs, 记亿化dfs
TBA
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