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【算法/C语言】01背包问题(动态规划DP)

小X_K 2023-04-12 原文

题目:国王和金矿问题

有一个国家发现了max_n座金矿,参与挖矿工人的总数是max_people人。每座金矿的黄金储量不同为一维数组gold[],需要参与挖掘的工人数也不同为一维数组peopleNeed[]。每座金矿要么全挖,要么不挖,不能派出一半人挖取一半金矿。要想得到尽可能多的黄金,应该选择挖取哪几座金矿?

功能:

(1) 要求max_n、max_people、gold和ppeopleNeed均为可输入的;

(2) 编写DP函数,求解答案F;

(3) 编写main主函数,完成输入,调用DP函数和显示答案结果。

样例输入1:

5

92 22 87 46 90

100

77 22 29 50 99

样例输出1:

133

3 4

思路:

max_n看做物品的数量n

max_people看做背包容量c

gold看做物品的价值v

peopleNeed看做物品的重量w 。

根据01背包问题求解即可。

伪码:

Function knapsack(n, c, *w, *v)

输入:物品数量n,背包容量c,物品的重量*w,物品的价值*v

输出:放入背包的物品和背包中的最大价值

  1. for i ← 0 to n - 1 do //为表格赋初值
  2.    for j ← 0 to w[i] do
  3.       m[i, j] ← 0;
  4.    for j ← w[i] to c do
  5.       m[i, j] ← v[i];
  6. for i ← 0 to n - 1 do //将价值最高的重新填入表格
  7.    for j ← 0 to w[i] do
  8.       if j < w[i] then
  9.          m[i,j] ← m[i-1, j];
  10.      else
  11.         m[i,j] ← max{ m[i-1, j], m[i-1,j-w[i]] + v[i] }
  12. for i ← n-1 to 1 do//判断第2至n个物品是否放入背包
  13.    if m[i][c] =m[i-1][c] then//第i个物品没放入背包
  14.       x[i] ← 0
  15.    else//第i个物品放入背包
  16.       x[i] ← 1
  17.       c ← c - w[i]
  18. if m[0][c] > 0//第1个物品是否放入背包
  19.    x[0] ← 1//是
  20. else
  21.    x[0] ← 0//否

时间复杂度:O(nc)

具体:

用二维数组创建一个表格,先给表格赋初值:

j < w[ i ] 时,m[ i ][ j ] = 0 ; 

w[ i ] < j < c 时,m[ i ][ j ] = v[ i ]

再由第 i 个物品的放或者不放重填表格:

j < w[ i ] 时(不放),m[ i ][ j ] = m[ i - 1 ][ j ] ;

否则(放),取 m[ i - 1 ][ j ](不放)和 m[ i - 1 ][ j - w[ i ] ] + v[ i ](放)的最大值

 m[ i ][ j ] = max( m[ i - 1 ][ j ], ( m[ i - 1 ][ j - w[ i ] ] + v[ i ] ) ) 

此时,背包的最大价值为 m[ n ][ c ]

接着求放了哪几个物品:

    for(i = n - 1; i > 0; i--){
        if(m[i][c] == m[i-1][c]){
            x[i] = 0;
        }else{
            x[i] = 1;
            c = c - w[i];
        }
    }        
    if(m[0][c] > 0){
        x[0] = 1;
    }else{
        x[0] = 0;
    }

实现: 

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

int max(int a, int b){
	if(a > b){
		return a;
	}else{
		return b;
	}
} 

void knapsack(int n, int c, int *w, int *v){
	int i,j;
	int m[n][c+1];
	
	int *x;
	x = (int*)malloc(n * sizeof(int));
	
	//先给表格赋初值 
	for(i = 0; i < n; i++){
		for(j = 0; j < w[i]; j++){
			m[i][j] = 0; 
		}
		for(j = w[i]; j < c + 1; j++){
			m[i][j] = v[i];
		}
	}
	/*
	for(i = 0;i<n;i++){
		for(j=0;j<c+1;j++){
			printf("%d\t",m[i][j]); 
		}
		printf("\n");
	}
	printf("\n");
	*/
	for (i = 1; i < n; i++) {
		for (j = 0; j < c + 1; j++) {
			if (j < w[i]){
				m[i][j] = m[i - 1][j];
			}
			else{
				m[i][j] = max(m[i - 1][j], (m[i - 1][j - w[i]] + v[i]));
			}
		}
	}
	/*
	for(i = 0;i<n;i++){
		for(j=0;j<c+1;j++){
			printf("%d\t",m[i][j]);
		}
		printf("\n");
	}
	*/
	printf("能够得到黄金的价值为:%d\n",m[n-1][c]);	

	//判断放入背包的物品 
	for(i = n - 1; i > 0; i--){
		if(m[i][c] == m[i-1][c]){
			x[i] = 0;
		}else{
			x[i] = 1;
			c = c - w[i];
		}
	}		
	if(m[0][c] > 0){
		x[0] = 1;
	}else{
		x[0] = 0;
	}
	
	printf("应该挖取第");
	for(i = 0; i < n; i++){
		if(x[i] == 1){
			printf("%d,",i+1);
		}
	}
	printf("座金山");
}

int main(){
	int max_n,max_people;
	int *gold,*peopleNeed; 
	int i,j;
	
	//物品的数量n 
	printf("金矿(max_n)的数量:");
	scanf("%d",&max_n);
	
	//物品的价值v 
	gold = (int*)malloc(max_n * sizeof(int));
	for(i = 0; i < max_n; i++){
		printf("第%d座金矿的黄金储量:",(i+1));
		scanf("%d",&gold[i]);
	}
	
	//背包容量c 
	printf("参与挖矿工人(max_people)的数量:");
	scanf("%d",&max_people);
	
	//物品的重量w 
	peopleNeed = (int*)malloc(max_people * sizeof(int));
	for(i = 0; i < max_n; i++){
		printf("挖掘第%d座金矿需要参与挖掘的工人数:",(i+1));
		scanf("%d",&peopleNeed[i]);
	} 
	
	knapsack(max_n,max_people,peopleNeed,gold);
	
	return 0;
	
}

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