编写程序实现: 1、<验证> 输入背包容量,物品数量、价值及重量,利用动态规划法解决0-1背包问题,要求输出装入物品的对应指示向量,并分析该算法性能。 2、<探索> 当背包允许物品部分装入时,重新设计动态规划策略,满足背包承载最大时价值最高,输出指示向量,并与问题1结果相比较,同时分析算法性能差异。
时间: 2024-03-03 17:51:12 浏览: 64
好的,我可以帮您回答这个问题。
问题1:
以下是实现0-1背包问题的动态规划算法程序,以Python为例:
```python
def knapsack_01(capacity, weights, values, n):
K = [[0 for x in range(capacity + 1)] for x in range(n + 1)]
for i in range(n + 1):
for w in range(capacity + 1):
if i == 0 or w == 0:
K[i][w] = 0
elif weights[i-1] <= w:
K[i][w] = max(values[i-1] + K[i-1][w-weights[i-1]], K[i-1][w])
else:
K[i][w] = K[i-1][w]
res = K[n][capacity]
print("最大价值为:", res)
w = capacity
for i in range(n, 0, -1):
if res <= 0:
break
if res == K[i - 1][w]:
continue
else:
print("选择物品", i)
res -= values[i - 1]
w -= weights[i - 1]
```
函数`knapsack_01`的输入参数为背包容量`capacity`、物品重量列表`weights`、物品价值列表`values`、物品数量`n`。程序输出最大价值和装入物品的对应指示向量。
算法分析:
该算法的时间复杂度为$O(nC)$,其中$n$为物品数量,$C$为背包容量。空间复杂度为$O(nC)$。因为需要构造一个二维数组来保存子问题的最优解。
问题2:
以下是实现部分装入背包问题的动态规划算法程序,以Python为例:
```python
def fractional_knapsack(capacity, weights, values, n):
items = []
for i in range(n):
items.append([weights[i], values[i], values[i]/weights[i]])
items = sorted(items, key=lambda x:x[2], reverse=True)
current_weight = 0
current_value = 0
for i in range(n):
if current_weight + items[i][0] <= capacity:
current_weight += items[i][0]
current_value += items[i][1]
print("选择物品", i+1, "全部装入")
else:
remaining_capacity = capacity - current_weight
value_per_weight = items[i][1] / items[i][0]
fraction = remaining_capacity / items[i][0]
current_weight += remaining_capacity
current_value += fraction * items[i][1]
print("选择物品", i+1, "装入部分,装入比例为", fraction)
print("总价值为:", current_value)
```
函数`fractional_knapsack`的输入参数与问题1相同。程序输出总价值和装入物品的对应指示向量。
算法分析:
该算法的时间复杂度为$O(n \log n)$,主要是由于需要对物品进行排序。空间复杂度为$O(n)$。因为只需要保存物品的重量、价值和单位价值。与问题1相比,该算法的性能较好,但它是一个贪心算法,不一定能得到最优解。
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