第一行输入两个整数
和
,分别表示物品数量与背包容量。
此后
行,第
行输入两个整数
,分别表示第
件物品的体积与价值。
输出两行:
第一行输出方案
的答案;
第二行输出方案
的答案(若无解输出
)。
3 5 2 10 4 5 1 4
14 9
在该组样例中:
选择第
、第
件物品即可获得最大价值
(未装满);
选择第
、第
件物品可使背包体积
恰好装满且价值最大,为
。
3 8 12 6 11 8 6 8
8 0
装第三个物品时总价值最大但是不满,装满背包无解。
要求
的时间复杂度,
空间复杂度。
首先是最开始的二维数组的代码
import java.util.*;
// 注意类名必须为 Main, 不要有任何 package xxx 信息
public class Main {
static int capacity;//背包容量
static int count;//物品个数
static int [] v;//体积
static int [] w;//价值
public static void main(String[] args) {
Scanner in = new Scanner(System.in);
count = in.nextInt();
capacity = in.nextInt();
v = new int[count+1];
w = new int[count+1];
//使用for循环精准读取count组物品数据,避免无限读取
for(int sign = 1;sign <= count;sign++) {
int a = in.nextInt();
int b = in.nextInt();
v[sign] = a;
w[sign] = b;
}
//背包不满
int ret1 = notFilled();
//背包满
int ret2 = filled();
//打印结果
System.out.println(ret1);
System.out.println(ret2);
}
private static int notFilled(){
//定义dp表,dp[i][j]表示从前i个物品中选取体积不超过j的最大价值,不能超过背包容量
int [][] dp = new int[count+1][capacity+1];
//填表
for(int i = 1;i <= count;i++){
//j表示当前考虑的背包容量(j),能否装得下第i个物品(v[i])
for(int j = 0;j <= capacity;j++){
//挑选/不挑选i物品
dp[i][j] = dp[i-1][j];//不挑选
if(j >= v[i]){
//判断再决定是否挑选
dp[i][j] = Math.max(dp[i][j],dp[i-1][j-v[i]]+w[i]);
}
}
}
return dp[count][capacity];
}
private static int filled(){
//定义dp表,dp[i][j]表示从前i个物品中选取体积恰好为j的最大价值,同样也不能超过背包容量
int [][] dp = new int[count+1][capacity+1];
//初始化,由于不选择物品怎么样也达不到超过1的容量,初始化为-1
for(int i = 1;i <= capacity;i++){
dp[0][i] = -1;
}
//填表
for(int i = 1;i <= count;i++){
for(int j = 0;j <= capacity;j++){
dp[i][j] = dp[i-1][j];//不挑选
//如果选择i物品,要确保选i之前的空间里存在最大价值(不能为-1)
//并且还要确保有足够位置
if(j >= v[i] && dp[i-1][j-v[i]] != -1){
dp[i][j] = Math.max(dp[i][j],dp[i-1][j-v[i]]+w[i]);
}
}
}
//判断下是不是-1的情况
return dp[count][capacity] == -1 ? 0 : dp[count][capacity];
}
} 但是这样太占空间了,我们做下空间优化,变成一个一维数组就好,并且优化常数的时间复杂度
import java.util.*;
// 注意类名必须为 Main, 不要有任何 package xxx 信息
public class Main {
static int capacity;//背包容量
static int count;//物品个数
static int [] v;//体积
static int [] w;//价值
public static void main(String[] args) {
Scanner in = new Scanner(System.in);
count = in.nextInt();
capacity = in.nextInt();
v = new int[count+1];
w = new int[count+1];
//使用for循环精准读取count组物品数据,避免无限读取
for(int sign = 1;sign <= count;sign++) {
int a = in.nextInt();
int b = in.nextInt();
v[sign] = a;
w[sign] = b;
}
//背包不满
int ret1 = notFilled();
//背包满
int ret2 = filled();
//打印结果
System.out.println(ret1);
System.out.println(ret2);
}
private static int notFilled(){
//定义dp表,dp[j]表示从前i个物品中选取体积不超过j的最大价值,不能超过背包容量
//滚动数组优化一:一维化
int [] dp = new int[capacity+1];
//填表
for(int i = 1;i <= count;i++){
//j表示当前考虑的背包容量(j),能否装得下第i个物品(v[i])
//滚动数组注意点:反向填表顺序
//并且可以再做常数级别优化,遍历到了v[i]后就不用继续判断了,因为都不符合要求了,东西背包放不下
for(int j = capacity;j >= v[i];j--){
//挑选/不挑选i物品
//滚动数组优化二:不用考虑不选的情况
if(j >= v[i]){
//判断再决定是否挑选
dp[j] = Math.max(dp[j],dp[j-v[i]]+w[i]);
}
}
}
//滚动数组优化三:直接返回值
return dp[capacity];
}
private static int filled(){
//定义dp表,dp[i][j]表示从前i个物品中选取体积恰好为j的最大价值,同样也不能超过背包容量
//滚动数组优化一:一维化
int [] dp = new int[capacity+1];
//初始化,由于不选择物品怎么样也达不到超过1的容量,初始化为-1
for(int i = 1;i <= capacity;i++){
dp[i] = -1;
}
//填表
for(int i = 1;i <= count;i++){
//滚动数组注意点:反向填表
//并且可以再做常数级别优化,遍历到了v[i]后就不用继续判断了,因为都不符合要求了,东西背包放不下
for(int j = capacity;j >= v[i];j--){
//滚动数组优化二:不用考虑不选的情况
//如果选择i物品,要确保选i之前的空间里存在最大价值(不能为-1)
//并且还要确保有足够位置
if(j >= v[i] && dp[j-v[i]] != -1){
dp[j] = Math.max(dp[j],dp[j-v[i]]+w[i]);
}
}
}
//判断下是不是-1的情况
//滚动数组优化三:直接返回值
return dp[capacity] == -1 ? 0 : dp[capacity];
}
}
//背包问题总结,4种,求最大价值,且回溯物品
//1、0-1必须装满
//2、0-1可不装满
//3、可重复使用-必须装满
//4、可重复使用-可不装满
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
public class Backpack01 {
public static void main(String[] args) {
int n = 5; // 物品数量
int V = 19; // 背包容量
int[] v = {12, 11, 6, 7, 8};// 物品体积
int[] w = {6, 8, 8, 7, 10};// 物品价值
// 0-1背包刚好装满背包的最大价值
solution1(n, V, v, w);
// 0-1背包不要求装满背包最大价值
solution2(n, V, v, w);
// 物品可重复-刚好装满背包的最大价值
solution3(n, V, v, w);
// 物品可重复-不要求装满背包的最大价值
solution4(n, V, v, w);
}
//0-1背包问题,要求装满背包,返回最大价值,且返回选了哪些物品的索引
public static void solution1 (int n, int V, int[] v, int[] w) {
if (n == 0 || V == 0 || v == null || w == null) {
return;
}
if (v.length != w.length || v.length != n) {
return;
}
int[] dp = new int[V + 1];
int[] cur = new int[V + 1];
Arrays.fill(dp, -1); // 初始化为-1,表示无法装满
dp[0] = 0; // 容量0刚好装满,价值0
// 0-1背包核心循环(逆序遍历容量)
for (int i = 0; i < n; i++) { // 遍历每个物品
for (int j = V; j >= v[i]; j--) { // 逆序遍历容量
// 更新dp2(要求刚好装满)
if (dp[j - v[i]] != -1 && dp[j] < dp[j - v[i]] + w[i]) {
dp[j] = dp[j - v[i]] + w[i];
cur[j] = i;
}
}
}
if (dp[V] == -1) {
System.out.println("无法装满背包");
} else {
System.out.println("刚好装满的最大价值:" + dp[V]);
System.out.println("刚好装满的最大价值所选择的物品:");
for (int i = V; i >= 1; ) {
int index = cur[i] + 1;
System.out.println("第" + index + "个物品【" + "体积:" + v[cur[i]] + ",价值:" + w[cur[i]] + "】");
i = i - v[cur[i]];
}
}
}
//0-1背包问题,返回最大价值,不要求装满,且返回最后一个物品的索引
public static void solution2 (int n, int V, int[] v, int[] w) {
if (n == 0 || V == 0 || v == null || w == null) {
return;
}
if (v.length != w.length || v.length != n) {
return;
}
int[] dp = new int[V + 1];
int[] used = new int[n];
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
int last = solution2(n, V, v, w, used, dp);
list.add(last);
used[last] = 1;
System.out.println("\n不要求装满的最大价值:" + dp[V]);
int sum = w[last];
for (int i = V - v[last]; i >= 1 && sum < dp[V]; ) {
last = solution2(n, i, v, w, used, new int[i + 1]);
list.add(last);
used[last] = 1;
sum += w[last];
i = i - v[last];
}
System.out.println("不要求装满的最大价值所选择的物品:");
for (Integer integer : list) {
int index = integer + 1;
System.out.println("第" + index + "个物品【" + "体积:" + v[integer] + ",价值:" + w[integer] + "】");
}
}
private static int solution2(int n, int V, int[] v, int[] w, int[] used, int[] dp) {
Arrays.fill(dp, 0);
// 0-1背包核心循环(逆序遍历容量)
int cur = 0;
for (int i = 0; i < n; i++) { // 遍历每个物品
if (used[i] == 1) {
continue;
}
for (int j = V; j >= v[i]; j--) { // 逆序遍历容量
// 更新dp1(不要求装满)
if (dp[j] < dp[j - v[i]] + w[i]) {
dp[j] = dp[j - v[i]] + w[i];
cur = i;
}
}
}
return cur;
}
// 可重复使用物品,刚好装满背包
public static void solution3 (int n, int V, int[] v, int[] w) {
if (n == 0 || V == 0 || v == null || w == null) {
return;
}
if (v.length != w.length || v.length != n) {
return;
}
int[] dp = new int[V + 1];
int[] last = new int[V + 1];
Arrays.fill(dp, -1);
dp[0] = 0;
for (int i = 1; i <= V; i++) {
for (int j = 0; j < n; j++) {
if (i < v[j]) {
continue;
}
if (dp[i - v[j]] != -1 && dp[i] < dp[i - v[j]] + w[j]) {
dp[i] = dp[i - v[j]] + w[j];
last[i] = j;
}
}
}
if (dp[V] == -1) {
System.out.println("\n物品可重复-无法装满背包");
} else {
System.out.println("\n物品可重复-刚好装满的最大价值:" + dp[V]);
System.out.println("物品可重复-刚好装满的最大价值所选择的物品:");
for (int i = V; i >= 1; ) {
int index = last[i] + 1;
System.out.println("第" + index + "种物品【" + "体积:" + v[last[i]] + ",价值:" + w[last[i]] + "】");
i = i - v[last[i]];
}
}
}
// 可重复使用物品,不要求装满背包
public static void solution4 (int n, int V, int[] v, int[] w) {
if (n == 0 || V == 0 || v == null || w == null) {
return;
}
if (v.length != w.length || v.length != n) {
return;
}
int[] dp = new int[V + 1];
int[] last = new int[V + 1];
Arrays.fill(last, -1);
for (int i = 1; i <= V; i++) {
for (int j = 0; j < n; j++) {
if (i < v[j]) {
continue;
}
if (dp[i] < dp[i - v[j]] + w[j]) {
dp[i] = dp[i - v[j]] + w[j];
last[i] = j;
}
}
}
System.out.println("\n物品可重复-不要求装满的最大价值:" + dp[V]);
System.out.println("物品可重复-不要求装满的最大价值所选择的物品:");
for (int i = V; i >= 1; ) {
if (last[i] == -1) {
break;
}
int index = last[i] + 1;
System.out.println("第" + index + "种物品【" + "体积:" + v[last[i]] + ",价值:" + w[last[i]] + "】");
i = i - v[last[i]];
}
}
}
//输出结果
刚好装满的最大价值:18
刚好装满的最大价值所选择的物品:
第5个物品【体积:8,价值:10】
第2个物品【体积:11,价值:8】
不要求装满的最大价值:18
不要求装满的最大价值所选择的物品:
第5个物品【体积:8,价值:10】
第3个物品【体积:6,价值:8】
物品可重复-刚好装满的最大价值:23
物品可重复-刚好装满的最大价值所选择的物品:
第3种物品【体积:6,价值:8】
第3种物品【体积:6,价值:8】
第4种物品【体积:7,价值:7】
物品可重复-不要求装满的最大价值:24
物品可重复-不要求装满的最大价值所选择的物品:
第3种物品【体积:6,价值:8】
第3种物品【体积:6,价值:8】
第3种物品【体积:6,价值:8】 import java.util.Scanner;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Scanner sc = new Scanner(System.in);
int n = sc.nextInt(); // 物品数量
int V = sc.nextInt(); // 背包最大容量
int[] v = new int[n + 1]; // 物品体积(1-based索引)
int[] w = new int[n + 1]; // 物品价值(1-based索引)
for (int i = 1; i <= n; i++) {
v[i] = sc.nextInt();
w[i] = sc.nextInt();
}
// 1. 方案1:不要求装满背包,求最大价值
int maxUnfilled = solveUnfilled(n, V, v, w);
// 2. 方案2:要求恰好装满背包,求最大价值(无解输出0)
int maxFilled = solveFilled(n, V, v, w);
System.out.println(maxUnfilled);
System.out.println(maxFilled);
sc.close();
}
/**
* 不要求装满背包的最大价值
* 初始状态:dp[0...V] = 0(空背包价值为0,未装满也可从0开始累积)
*/
private static int solveUnfilled(int n, int V, int[] v, int[] w) {
int[] dp = new int[V + 1];
// 遍历每个物品
for (int i = 1; i <= n; i++) {
// 倒序遍历容量(避免重复选同一物品)
for (int j = V; j >= v[i]; j--) {
dp[j] = Math.max(dp[j], dp[j - v[i]] + w[i]);
}
}
return dp[V];
}
/**
* 要求恰好装满背包的最大价值
* 初始状态:dp[0] = 0(容量0恰好装满时价值为0),dp[1...V] = -∞(初始标记为无法装满)
*/
private static int solveFilled(int n, int V, int[] v, int[] w) {
int[] dp = new int[V + 1];
// 初始化:除容量0外,其余均设为负无穷(表示无法装满)
for (int j = 1; j <= V; j++) {
dp[j] = Integer.MIN_VALUE;
}
// 遍历每个物品
for (int i = 1; i <= n; i++) {
// 倒序遍历容量
for (int j = V; j >= v[i]; j--) {
dp[j] = Math.max(dp[j], dp[j - v[i]] + w[i]);
}
}
// 若最终容量V仍为负无穷,说明无法装满,返回0;否则返回dp[V]
return dp[V] < 0 ? 0 : dp[V];
}
}