最优子结构性质一般如何证明,请证明0-1背包问题具有最优子结构性质
时间: 2023-10-22 12:54:33 浏览: 141
证明一个问题是否具有最优子结构性质,一般需要满足以下两个条件:
1. 子问题的最优解能够构成原问题的最优解。
2. 子问题之间存在重叠的情况。
下面来证明0-1背包问题具有最优子结构性质。
假设有一个0-1背包问题,物品数量为n,背包容量为C。对于i个物品,其重量为w[i],价值为v[i]。假设f[i][j]表示在前i个物品中选择若干个物品放入容量为j的背包中所能获得的最大价值,那么0-1背包问题具有最优子结构性质的证明如下:
1. 子问题的最优解能够构成原问题的最优解。
对于0-1背包问题,假设最优解对应的选择方案为S,那么S的最后一个物品可以是第i个物品或者不是第i个物品。如果最后一个物品是第i个物品,那么S中剩余的物品可以构成一个体积为j-w[i]的子背包,其价值为f[i-1][j-w[i]],加上第i个物品的价值v[i],即为f[i][j]。如果最后一个物品不是第i个物品,那么问题转化为求前i-1个物品中选择若干个物品放入容量为j的背包中所获得的最大价值,即为f[i-1][j]。因此,S的价值等于max{ f[i-1][j], f[i-1][j-w[i]]+v[i] },即子问题的最优解能够构成原问题的最优解。
2. 子问题之间存在重叠的情况。
对于0-1背包问题,如果将前i个物品中选择若干个物品放入容量为j的背包中所能获得的最大价值记为f[i][j],那么f[i][j]的计算需要考虑两种情况:放入第i个物品和不放入第i个物品。如果选择放入第i个物品,那么剩余容量为j-w[i]的背包中可以选择前i-1个物品,即f[i-1][j-w[i]]。如果选择不放入第i个物品,那么背包容量为j,可以选择前i-1个物品,即f[i-1][j]。因此,f[i][j]依赖于f[i-1][j-w[i]]和f[i-1][j],即子问题之间存在重叠的情况。
综上所述,0-1背包问题满足子问题的最优解能够构成原问题的最优解和子问题之间存在重叠的情况,因此具有最优子结构性质。
阅读全文