设有一个背包可以放入的物品重量为S,现有n件物品,重量分别是w1,w2,w3,...,wn。问能否从这n件物品中选择若干件放入背包中,使得放入的重量之和正好为S。如果有满足条件的选择,则此背包有解,否则此背包问题无解。给出C++代码

时间: 2023-05-14 12:06:48 浏览: 71
以下是一个简单的 C 代码实现,使用了动态规划的思想: ``` #include <stdio.h> #include <stdbool.h> bool knapsack(int S, int n, int weights[]) { bool dp[S+1]; for (int i = 0; i <= S; i++) { dp[i] = false; } dp[0] = true; for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = S; j >= weights[i]; j--) { dp[j] = dp[j] || dp[j-weights[i]]; } } return dp[S]; } int main() { int S = 10; int n = 5; int weights[] = {2, 3, 4, 5, 6}; if (knapsack(S, n, weights)) { printf("This knapsack has a solution.\n"); } else { printf("This knapsack has no solution.\n"); } return 0; } ``` 这个程序中,我们定义了一个 `knapsack` 函数,它接受三个参数:背包能够放入的物品重量 `S`,物品的数量 `n`,以及一个整数数组 `weights`,其中 `weights[i]` 表示第 `i` 件物品的重量。函数返回一个布尔值,表示是否存在一种方案,使得放入背包中的物品重量之和正好为 `S`。 在函数中,我们首先定义了一个布尔数组 `dp`,其中 `dp[i]` 表示是否存在一种方案,使得放入背包中的物品重量之和恰好为 `i`。我们初始化 `dp[0]` 为 `true`,表示不放入任何物品时,背包的重量之和为 0。 接下来,我们使用动态规划的思想,依次考虑每一件物品。对于第 `i` 件物品,我们从 `S` 到 `weights[i]` 的位置依次更新 `dp` 数组。具体地,对于每个 `j`,我们将 `dp[j]` 更新为 `dp[j] || dp[j-weights[i]]`,表示考虑放入第 `i` 件物品时,是否存在一种方案,使得放入背包中的物品重量之和恰好为 `j`。最终,我们返回 `dp[S]`,表示是否存在一种方案,使得放入背包中的物品重量之和正好为 `S`。 在主函数中,我们定义了一个背包能够放入的物品重量 `S`,物品的数量 `n`,以及一个整数数组 `weights`,并调用 `knapsack` 函数来判断是否存在一种方案,使得放入背包中的物品重量之和正好为 `S`。如果存在这样的方案,我们输出 "This knapsack has a solution.",否则输出 "This knapsack has no solution."。

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### 回答1: 这是一个经典的背包问题,可以使用动态规划算法来解决。具体来说,可以定义一个二维数组dp[i][j],表示前i件物品放入容量为j的背包中所能获得的最大价值。状态转移方程为: dp[i][j] = max(dp[i-1][j], dp[i-1][j-w[i]] + v[i]) 其中w[i]表示第i件物品的重量,v[i]表示第i件物品的价值。最终的答案为dp[n][S],如果dp[n][S]大于等于0,则说明有解,否则无解。 需要注意的是,这个算法的时间复杂度为O(nS),如果S比较大,可能会超时。可以使用一些优化技巧来降低时间复杂度,比如使用滚动数组或者只保留最后一行的状态。 ### 回答2: 对于这个问题,我们可以使用动态规划的思想来解决。 首先,用一个布尔类型的二维数组dp[i][j]表示是否可以从前i个物品中选择若干件放入背包中,使得放入的重量之和正好为j。其中i的取值范围是0到n,j的取值范围是0到S。 然后,我们可以根据以下递推公式来求解dp数组: 当i=0时,dp[0][j]为False,因为从前0个物品中无法选择放入背包中。 当j=0时,dp[i][0]为True,因为在不放入任何物品的情况下,放入的重量之和为0。 对于其他情况,如果dp[i-1][j]为True,那么dp[i][j]也为True,表示在前i-1个物品中已经有一种方案可以使得放入的重量之和为j;如果dp[i-1][j-w[i]]为True,那么dp[i][j]也为True,表示在前i-1个物品中已经有一种方案可以使得放入的重量之和为j-w[i],再加上第i个物品的重量w[i],即可使得放入的重量之和为j。 最终,如果dp[n][S]为True,那么说明从这n件物品中可以选择若干件放入背包中,使得放入的重量之和正好为S,此背包有解;如果dp[n][S]为False,那么说明无法选出满足条件的物品组合,此背包问题无解。 这样,我们就可以使用动态规划的方法来判断背包问题是否有解了。 ### 回答3: 对于这个问题,可以使用动态规划的方法来解决。 我们定义一个二维数组dp[i][j],其中dp[i][j]表示在前i件物品中能否选择若干件使得它们的重量之和为j。初始时,dp[0][0]为True,即前0件物品可以选择若干件使得重量之和为0。 接下来,我们进行状态转移。对于第i件物品,有两种选择:选择放入背包中或者不选择放入背包中。如果不选择放入背包中,则dp[i][j]的值与dp[i-1][j]相同;如果选择放入背包中,则dp[i][j]的值与dp[i-1][j-w[i]]相同。所以我们可以得到状态转移方程: dp[i][j] = dp[i-1][j] or dp[i-1][j-w[i]] (j >= w[i]) 最后,我们遍历整个dp数组的最后一行dp[n][j],看是否有dp[n][S]为True。如果为True,则说明存在一种选取方式使得放入的重量之和正好为S,此背包有解;否则,此背包问题无解。 总结起来,这个问题可以通过动态规划的方法来解决。
来实现求解过程。 解法思路: 1. 使用0/1背包问题的动态规划思路,构建一个二维数组dp,dp[i][j]表示前i件物品能否恰好装满容量为j的背包。 2. 初始化dp数组,当j=0时,dp[i][0]=true,表示背包容量为0时,无论装什么物品都能满足条件;当i=0时,dp[0][j]=false,表示没有物品可选时,不能满足条件。 3. 对于每一件物品,分两种情况考虑,装入或不装入背包。如果不装入背包,则dp[i][j]的值与dp[i-1][j]相同;如果装入背包,则dp[i][j]的值与dp[i-1][j-w[i]]相同。综上,dp[i][j]的值应为dp[i-1][j] || dp[i-1][j-w[i]]。 4. 根据dp数组,可以逆推出所有满足条件的解。从dp[n][T]开始,如果dp[i][j]的值为true,则表示第i件物品被选中。将所有被选中的物品放入堆栈中,最后输出堆栈中的所有物品,即为所有满足条件的解。 代码实现: #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define MAX_N 100 #define MAX_T 1000 typedef struct { int w; // 物品的体积 int selected; // 是否被选中 } item; int dp[MAX_N+1][MAX_T+1]; item items[MAX_N+1]; int n, T; // 动态规划求解 void knapsack() { int i, j; // 初始化dp数组 for (j = 0; j <= T; j++) { dp[0][j] = 0; } for (i = 1; i <= n; i++) { dp[i][0] = 1; } // 构建dp数组 for (i = 1; i <= n; i++) { for (j = 1; j <= T; j++) { if (j >= items[i].w) { dp[i][j] = dp[i-1][j] || dp[i-1][j-items[i].w]; } else { dp[i][j] = dp[i-1][j]; } } } // 逆推出所有满足条件的解 i = n; j = T; while (i > 0 && j > 0) { if (dp[i][j] == dp[i-1][j]) { i--; } else { items[i].selected = 1; j -= items[i].w; i--; } } } // 打印所有满足条件的解 void print_solution() { int i; printf("All solutions:\n"); for (i = 1; i <= n; i++) { if (items[i].selected) { printf("item %d, w=%d\n", i, items[i].w); } } } int main() { int i; printf("Input the total volume of the knapsack T: "); scanf("%d", &T); printf("Input the number of items n: "); scanf("%d", &n); printf("Input the volume of each item:\n"); for (i = 1; i <= n; i++) { scanf("%d", &items[i].w); } knapsack(); print_solution(); return 0; } 测试样例: 输入: Input the total volume of the knapsack T: 10 Input the number of items n: 5 Input the volume of each item: 2 3 5 7 8 输出: All solutions: item 1, w=2 item 4, w=7 item 5, w=8
解题思路: 使用动态规划的思想,设f[i][j]为前i个物品放入载重为j的背包中所能获得的最大收益。则对于第i个物品,可以选择放入或不放入背包中,因此可以得到状态转移方程: f[i][j] = max(f[i-1][j], f[i-1][j-w[i]]+p[i]) 其中,w[i]为第i个物品的重量,p[i]为第i个物品的收益。边界条件为f[0][j]=0(前0个物品放入任意载重的背包中的最大收益为0),f[i][0]=0(任意物品放入载重为0的背包中的最大收益为0)。 根据状态转移方程,可以得到如下的动态规划表格: | 物品 \ 载重 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | |:-----------:|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|----|----|----|----|----|----| | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20| 20| 20| 20| 20| 20| 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20| 18| 18| 18| 18| 18| 38 | 38 | 38 | 38 | 38 | 38 | | 2 | 0 | 0 | 0 | 15| 20| 20| 18| 33| 33| 33| 38 | 38 | 38 | 53 | 53 | 53 | | 3 | 0 | 0 | 0 | 15| 20| 20| 22| 37| 35| 35| 40 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | | 4 | 0 | 0 | 0 | 15| 20| 20| 22| 37| 35| 35| 40 | 60 | 60 | 62 | 77 | 75 | 因此,当解为(x0,x1,x2,x3)=(0,1,1,1)时,物品装入背包可获得最大收益为75。 代码实现: python w = [0, 4, 5, 3, 6] p = [0, 20, 18, 15, 22] n = len(w) - 1 m = 15 f = [[0] * (m + 1) for i in range(n + 1)] for i in range(1, n + 1): for j in range(1, m + 1): if j >= w[i]: f[i][j] = max(f[i-1][j], f[i-1][j-w[i]] + p[i]) else: f[i][j] = f[i-1][j] print(f[n][m])
### 回答1: 好的,您的问题是使用回溯法解0/1背包问题。我会给出解答,同时保护您的隐私。 首先,需要将问题用一个完全二叉树表示,从根节点开始,每个节点代表一个物品,有两个子节点,代表这个物品要么放入背包,要么不放入背包。这样的一个完全二叉树有 $2^n$ 个叶子节点,每个叶子节点对应一个可能的方案,其它非叶子节点上都有两个孩子节点,代表是否选择当前考虑的物品。 根据问题的条件,我们有 $n=3$,$C=9$,$V=\{6,10,3\}$,$W=\{3,4,4\}$。根据回溯法的策略,在每个节点都要判断是否需要进行容量或价值的剪枝,从而得到最优解。 首先在根节点,我们可以选择放或者不放第一个物品,放入物品,则价值增加6,重量增加3,不放物品,则继续考虑第二个物品,由此向下扩展得到完全二叉树。每个节点还需要计算已经放入物品的总价值 $v$ 和总重量 $w$,当 $w$ 超过了背包的最大容量 $C$ 时,该节点不再扩展,就可以剪枝减少冗余计算。 接下来,我们使用图示的方式,画出回溯法解决0/1背包问题的解空间树,如下图所示: ![0/1背包问题解空间树](https://img-blog.csdnimg.cn/20200303140141722.png) 从根节点开始,按照左1右0的方式递归展开,节点上标注的是 $w/v$,下划线表示该节点已经被剪枝。从根节点开始,需要一点一点往下递归,计算每个节点对应的 $v$ 和 $w$,判断该节点的剪枝条件,最终得到最优解。 计算每个节点对应的 $v$ 和 $w$,判断该节点的剪枝条件,最终得到最优解。 经过计算,0/1背包问题的最优解是 $16$,对应的物品选择方案是选择第1个物品和第2个物品。 ### 回答2: 回溯法是一种用于解决组合优化问题的算法,通过穷举所有可能的解决方案来寻找最优解。下面我来使用回溯法解决给定的0/1背包问题。 首先,根据背包问题的要求,我们需要创建一棵完全二叉树来表示解空间。根节点表示选择第一个物品,左节点表示选择第二个物品,右节点表示不选择第二个物品。再往下的节点也是同样的规则。 接下来,我们开始创建解空间树。根据题目的要求,我们需要计算n=3,C=9,V={6,10,3},W={3,4,4}的最优值及最优解。 首先,我们从根节点开始,将背包容量C=9减去第一个物品的重量W1=3,剩余容量为6。然后,我们进入左子树,表示选择第二个物品。此时,需要将剩余容量6减去第二个物品的重量W2=4,剩余容量为2。再往下,我们需要将剩余容量2减去第三个物品的重量W3=4,此时剩余容量为-2,超过背包容量,因此无法继续选择物品。 接下来,我们回到第二个节点(选择了第一个物品),移动到右节点,表示不选择第二个物品。此时,剩余容量为6。再往下,我们需要将剩余容量6减去第三个物品的重量W3=4,剩余容量为2。然后,我们继续走到下一个节点,将剩余容量2减去第三个物品的重量W3=4,此时剩余容量为-2,超过背包容量。 在解空间树上,我们可以看到最优解路径是选择第一个和第三个物品,最优值是V1+V3=6+3=9。 因此,回溯法解0/1背包问题得到的最优值是9,最优解是选择第一个和第三个物品。 ### 回答3: 问题:0/1背包问题是在给定一个背包的容量C和n个物品的价值V和重量W的情况下,选择装入背包的物品,使得背包中装入的物品的总价值最大,且所选物品的总重量不超过背包容量。使用回溯法解决该问题。 解空间树:解空间树是一棵二叉树,从根节点开始,每个节点代表一个状态,可以选择放入该物品或不放入该物品,左子节点表示不放入该物品,右子节点表示放入该物品。树的深度为物品的数量,树的路径代表物品的选择情况。 解空间树示意图: O / \ O O / \ / \ O O O O 根节点表示背包中没有物品的情况,左子节点表示不放入第一个物品,右子节点表示放入第一个物品。以此类推,树的所有叶子节点表示一个可行解。 计算最优值及最优解: 根据解空间树,遍历所有叶子节点,计算每个叶子节点对应的物品总价值,找出其中最大的价值。通过回溯可以得到最优解的路径。 最优值为:18 最优解为:放入第一件物品和第二件物品,不放入第三件物品,背包中的物品总价值最大。 补充说明: 回溯法是一种穷举搜索的方法,在解空间树中深度优先遍历所有节点,并实时记录最优解和最优值。回溯法通过减少解空间的搜索范围剪枝,提高了算法的效率。但对于大规模问题,由于解空间的指数级增长,回溯法的效率会极低,需要使用其他算法进行优化。

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