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理解01背包的一维和二维

hereskiki 2023-03-28 原文

区分一维和二维

一维和二维的区分,并不是体现在数组的维数上!!!

而是体现在概念上:

  1. 二维指的是下标体现了两个方面:

    • 物品的选择
    • 关于背包容量
  2. 一维指下标仅代表:

    • 背包的容量

一维和二维的代码

二维

dp[i][j]表示 从下标为[0-i]的物品里任意取,放进容量为j的背包,背包价值总和最大是dp[i][j]


// weight数组的大小 就是物品个数
for(int i = 1; i < weight.size(); i++) { // 遍历物品
    for(int j = 0; j <= bagweight; j++) { // 遍历背包容量
        if (j < weight[i]) dp[i][j] = dp[i - 1][j];
        else dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i]);
    }
}

一维

dp[j]表示 背包容量为j 所能放的最大价值为dp[j]

for(int i = 0; i < weight.size(); i++) { // 遍历物品
    for(int j = bagWeight; j >= weight[i]; j--) { // 遍历背包容量
        dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);
    }
}

二维优化到一维

关于一维的遍历顺序

  • 背包的遍历顺序必须是倒序

有两种理解方式:

  1. 正序会破坏上一层的状态

  2. 正序会导致重复放入同一件物品

正序会破坏上一层的状态

二维图示:

由此可见,

二维时,dp[i][j]只与上一层左上角部分状态有关系,不能破坏上一层状态;

一维时,当上一层状态压缩到这一层,也就是指dp[0-j]这一部分其实是上一层的状态不可以破坏,那么只能从后向前遍历。

正序会导致重复放入同一件物品

举一个例子:物品0的重量weight[0] = 1,价值value[0] = 5

如果正序遍历

dp[1] = dp[1 - weight[0]] + value[0] = 5

dp[2] = dp[2 - weight[0]] + value[0] = 10

此时dp[2]就已经是10了,意味着物品0被放入了两次,因此不能正序遍历

  • 既然会重复放入,由此可以引申出完全背包的写法
// 先遍历物品,再遍历背包
for(int i = 0; i < weight.size(); i++) { // 遍历物品
    for(int j = weight[i]; j <= bagWeight ; j++) { // 遍历背包容量
        dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);
    }
}

关于背包和物品的嵌套顺序

  • 二维: 可以是背包嵌套物品,也可以是物品嵌套背包
  • 一维:只能是物品嵌套背包

由于背包一定是从后往前遍历,那么如果是背包嵌套物品,会导致背包只有一个物品

dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);中 先背包容量使得没有前一层状态

例题:LC474 一和零

题目

https://leetcode.cn/problems/ones-and-zeroes/

You are given an array of binary strings strs and two integers m and n.

Return the size of the largest subset of strs such that there are at most m 0's and n 1's in the subset.

A set x is a subset of a set y if all elements of x are also elements of y.

示例 1:

输入:strs = ["10", "0001", "111001", "1", "0"], m = 5, n = 3
输出:4
解释:最多有 5 个 0 和 3 个 1 的最大子集是 {"10","0001","1","0"} ,因此答案是 4 。
其他满足题意但较小的子集包括 {"0001","1"} 和 {"10","1","0"} 。{"111001"} 不满足题意,因为它含 4 个 1 ,大于 n 的值 3 。

示例 2:

输入:strs = ["10", "0", "1"], m = 1, n = 1
输出:2
解释:最大的子集是 {"0", "1"} ,所以答案是 2 。

Constraints:

  • 1 <= strs.length <= 600
  • 1 <= strs[i].length <= 100
  • strs[i] consists only of digits '0' and '1'.
  • 1 <= m, n <= 100

MY

我的错误在于没有正确理解背包的优化所在。

思路

这里背包的要求有两个要求,这是一个二维容量的背包:m个0,n个1

class Solution {
public:
    int findMaxForm(vector<string>& strs, int m, int n) {
         vector<vector<int>> dp(m + 1, vector<int> (n + 1, 0)); // 默认初始化0
        for (string str : strs) { // 遍历物品
            int oneNum = 0, zeroNum = 0;
            for (char c : str) {
                if (c == '0') zeroNum++;
                else oneNum++;
            }
            for (int i = m; i >= zeroNum; i--) { // 遍历背包容量且从后向前遍历
                for (int j = n; j >= oneNum; j--) {
                    dp[i][j] = max(dp[i][j], dp[i - zeroNum][j - oneNum] + 1);
                }
            }
        }
        return dp[m][n];
    }
};
  • 参考《代码随想录》

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