动态规划学习 2(背包问题及其变形)

背包问题的更深层次的动态规划,有各种变形,建议配合动态规划dp那一章先了解背包再食用

这节我估计要学习15个学时左右,还是挺重要的

day 01:

//动态规划学习记录二----背包问题 //0-1背包:只有一个物品,只能选择选或不选; //多重背包:每个物品有次数限制; //完全背包:可以选无限次,也是求最大价值,可以使用2的n次方求解 //具体问题看动态规划dp环节,有详细代码
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//采药:https://www.luogu.com.cn/problem/P1048 #include<bits/stdc++.h> using namespace std; const int N=1e5+10; int n,t,w[N],v[N],res,f[N],m; int main() { cin>>t>>m; for(int i=0;i<m;i++) cin>>w[i]>>v[i]; for(int i=0;i<m;i++) for(int j=t;j>=w[i];j--) f[j]=max(f[j],f[j-w[i]]+v[i]); cout<<f[t]; return 0; } //装箱问题:https://www.luogu.com.cn/problem/P1049 #include<bits/stdc++.h> using namespace std; const int N=1e5+10; int n,m,v[N]={1},w[N],res,f[N]; int main() { cin>>m>>n; for(int i=0;i<n;i++) cin>>w[i]; for(int i=0;i<n;i++) for(int j=m;j>=w[i];j--) f[j]=max(f[j],f[j-w[i]]+w[i]); cout<<m-f[m]; return 0; }
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 //从现在开始是多维背包问题 

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//宠物小精灵之收服:https://oj.ytu.edu.cn/problem.php?cid=4219&pid=8 //该题类似于精卫填海,建议先食用精卫填海再食用这个:https://www.luogu.com.cn/problem/P1510 #include<bits/stdc++.h> using namespace std; const int N=2020; int m,t,n,f[N][N],w[N],v[N],res;//f要用二维数组来存.分别是精灵球和体力值,算是0-2背包的样子? int main() { cin>>t>>m>>n; for(int i=0;i<n;i++) cin>>w[i]>>v[i]; for(int i=0;i<n;i++)//这个点就充当一个输送数据的作用 for(int j=t;j>=w[i];j--) for(int k=m;k>=v[i];k--) f[j][k]=max(f[j][k],f[j-w[i]][k-v[i]]+1);//0-1?0-2! cout<<f[t][m]<<' ';//这个就是最多的精灵; int x=m;//拷贝,x是血量 while(x>0&&f[t][x-1]==f[t][m]) x--;//当我们的血量大于0并且精灵球等于最大精灵球时,我们的血量要减一下; //直到血量为0或者精灵球的数量小于最大精灵量的时候再停止循环,此时的总价值一定是最小的; //为什么时f t x-1 ,因为我们要看少一滴血的情况下精灵数是不是还是最大的,所以这里要x-1而不是x //为什么要这样统计呢?因为在那个循环里面我们已经将所有的状态全部算出来了,所以说中间是没有空余1状态量的 //故此时可以用x--来统计 cout<<m-x; //x可以减少的血量,也就是我们剩余的血量,m-x是被攻击的血量 return 0; }
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//潜水员:http://ybt.ssoier.cn:8088/problem_show.php?pid=1271 //本题具有思维性,好好思考 //既然要求最小值,那么必然的我们的f数组要全部设为无穷 //不妨思考一下f数组的含义,在以往的题中,f数组代表什么? //f代表 第i个背包,第j个氧气,第k个氮气的最小重量 //但是你仔细看看你题目要求,你会发现这是一种错误的的状态表示,正确的表示是第i个背包,至少为j个氧气,至少为k个氮气的最小重量 //状态计算: //不选第 i 个物品:f[i-1,j,k] //选第 i 个物品:f[i-1,j-vi,k-mi]+wi //初始化:f[0,0,0] = 0,f[0,j,k]=INF 初始一个都不选,那么氧气含量和氮气含量就是 0,且总重量也是 0。其它由于需要求最小值,所有全部初始化为 INF //以上两个状态转移和初始化方式,适用于上面两个状态表示…那么肯定是有问题的 //在有问题的状态表示中,状态转移时,f[i-1,j-vi,k-mi]+wi 需要保证 j>=vi,k>=mi,因为不能为负数。体积恰好是负数时的状态是不成立的 //在正确的状态表示中,状态表示的是体积至少是 j,那针对于当前物品的体积大于当前枚举的 j 的时候,该物品仍是可以使用的。 //例如,当前状态 f[2][3] 代表氧气含量至少是 2, 氮气含量至少是 3 的最小气缸重量,同时满足这两个条件才能发生状态转移。 //若现在有一个物品,氧气含量为 3,氮气含量为 2,那么它至少需要 3 的氧气容量, 2 个氮气容量,它也是一种合法状态,只不过现在是多占了一个氧气体积没有使用罢了. //但是它在该状态定义下确确实实是一种合法状态。所以,如果用该物品的话,状态转移方程为:f[0][1]+w,表示氧气不再需要,再填补至少一个单位的氮气进来就行了。 //故,当氧气或者氮气枚举其体积一方小于 0 的时候,将该状态转移到 0 上去就行了。指其已经不需要再添进来该种气体了 //状态转移方程: f[i,j,k]=min(f[i-1,j,k],f[i-1,max(0,j-vi),max(0,k-mi)] //优化到二维: f[j][k] = min(f[j][k], f[max(0, j - a)][max(0, k - b)] + w); //答案: //氧气含量至少为 n 氮气含量至少为 m 的最小气缸重量 f[n][m] #include<bits/stdc++.h> using namespace std; const int N=1010; int n,m,t,f[N][N],w[N],v[N],res=0x3f3f3f,p[N]; int main() { memset(f,0x3f,sizeof f); f[0][0]=0;//f[0][0]代表从0个气缸里选,氧气需求为0,氮气需求为0的时候,所携带的气缸的最小重量,很明显是0; cin>>m>>t>>n; for(int i=0;i<n;i++) cin>>w[i]>>v[i]>>p[i]; for(int i=0;i<n;i++) for(int j=m;j>=0;j--)//为什么枚举到0? //不要忘记f数组表示的是什么,f数组表示的是氧气至少为j,氮气至少为k的时候,所以说 //当我们氧气至少为j的时候,如果j-w[i]<0,那是不是意味着这个罐子的氧气比所需的大,是不是合法的? //因为我们是枚举至少所需要的体积,从至少需要0体积一步一步的递增到至少需要m体积 //所以说我们枚举的时候,不像普通的背包问题那样,背包的容量必须大于物体的体积 //可以举个更清楚的例子,我们至少需要0个氧气(因为已经有罐子给氧气填满了),1个氮气(那些罐子的氮气少,氧气可能多) //那我们的状态是不是这个? -> f[0][1]+w?这就很明了了 for(int k=t;k>=0;k--) f[j][k]=min(f[j][k],f[max(0,j-w[i])][max(0,k-v[i])]+p[i]); cout<<f[m][t]; return 0; }
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//榨取kkksc03:https://www.luogu.com.cn/problem/P1855 #include<bits/stdc++.h> using namespace std; const int N=2020; int n,m,t,f[N][N],w[N],v[N]; int main() { cin>>n>>m>>t; for(int i=0;i<n;i++) cin>>w[i]>>v[i]; for(int i=0;i<n;i++) for(int j=m;j>=w[i];j--) for(int k=t;k>=v[i];k--) f[j][k]=max(f[j][k],f[j-w[i]][k-v[i]]+1); cout<<f[m][t]; return 0; } //NASA的食物计划:https://www.luogu.com.cn/problem/P1507 #include<bits/stdc++.h> using namespace std; const int N=1010; int h,t,n,w[N],v[N],p[N],f[N][N]; int main() { cin>>h>>t>>n; for(int i=0;i<n;i++) cin>>w[i]>>v[i]>>p[i]; for(int i=0;i<n;i++) for(int j=h;j>=h[i];j--) for(int k=t;k>=v[i];k--) f[j][k]=max(f[j][k],f[j-w[i]][k-v[i]]+p[i]); cout<<f[h][t]; return 0; }
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 day 02:

 1 //利用背包问题求解方案数: 

 

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//数字组合:https://www.acwing.com/problem/content/280/ #include<bits/stdc++.h> using namespace std; const int N=1e4+10; int n,m,res,a[N],f[N]; int main() { f[0]=1;//初始化 //这里用二维数组来解释:f[i][j]表示第i个物品,此时的值是j //f[0][0]就是一个数字都不选,那自然是0,所以这算是一种方案,f[0][0]=1,f[0]=1; //同理,f[0][1],f[0][2]...f[0][n]=0;因为我不选数字,我的值永远都是0,不会增加,所以为0 cin>>n>>m; for(int i=0;i<n;i++) cin>>a[i]; for(int i=0;i<n;i++) for(int j=m;j>=a[i];j--) f[j]+=f[j-a[i]];//这里分成两步 //j此时的方案是不包含a[i]和包含a[i]的,不包含a[i]的不就是f[j],包含的不就是f[j-a[i]]嘛; //别忘了这是求方案数,所以j的方案是这两个数量相加,因为这两个都符合此时价值等于j cout<<f[m]; return 0; }
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//买书:http://ybt.ssoier.cn:8088/problem_show.php?pid=1293 //完全背包模板 #include<bits/stdc++.h> using namespace std; const int N=6020; int n,m,t,a[4]={10,20,50,100},f[N]; int main() { f[0]=1; for(int i=0;i<4;i++) for(int j=a[i];j<=1010;j++) f[j]+=f[j-a[i]]; cin>>n; cout<<f[n]; return 0; }
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//找零钱:https://oj.ytu.edu.cn/problem.php?cid=4209&pid=9 //对曾经的我来说是个困难题哈哈哈,不过现在好像没那么吃力了 //这个和买书一样的类型,也是完全背包求出来所有的情况然后依次输入输出 //这里要注意,有票数限制,所以我们要用二维数组来储存 //f[i][j]是i元用了j张票子,然后呢,由于i元的情况可能有很多种对应的j情况 //所以我们要开一个数组把所有的情况全部加起来,ans[i]就是i元中,从0到j的所有情况的总和 #include<bits/stdc++.h> using namespace std; const int N=6020; int n,m,t,a[7]={1,2,5,10,20,50,100},f[N][N],ans[N]; int main() { f[0][0]=1; for(int i=0;i<7;i++) for(int j=a[i];j<=255;j++) for(int k=1;k<=100;k++) if(j>=a[i]) f[j][k]+=f[j-a[i]][k-1]; for(int i=1;i<=255;i++) for(int j=0;j<=100;j++) ans[i]+=f[i][j]; while(cin>>n&&n) cout<<ans[n]<<endl; return 0; }
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//背包问题求具体方案 #include<bits/stdc++.h> using namespace std; const int N=2020; int n,m,w[N],v[N],res,f[N][N]; int main() { cin>>n>>m; for(int i=1;i<=n;i++) cin>>w[i]>>v[i]; for(int i=n;i>=1;i--)//既然要求按照最小字典序输出放案,那就使用和搜索一样的讨论,贪心策略 //每一步都选择最小编号的背包就可以,那么可以知道,我们第i个背包的状态是由第i+1个来决定的 //所以这里要从前往后推,逆序,这样最终f[1][m]就是表示的是前n件物品体积为m下的最大价值 for(int j=0;j<=m;j++) { f[i][j]=f[i+1][j]; if(j>=w[i]) f[i][j]=max(f[i][j],f[i+1][j-w[i]]+v[i]); } //f[1][m]是前n件物品体积为m下的最大价值 res=m; for(int i=1;i<=n;i++) if(res>=w[i]&&f[i][res]==f[i+1][res-w[i]]+v[i]) cout<<i<<" ",res-=w[i]; return 0; }
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// //分组背包问题:https://www.acwing.com/problem/content/submission/code_detail/25898617/ #include<bits/stdc++.h> using namespace std; const int N=2020; int n,m,res,f[N],w[N][N],v[N][N],s[N]; int main() { cin>>n>>m; for(int i=0;i<n;i++) { cin>>s[i];//输入每个组有多少背包数 for(int j=0;j<s[i];j++) cin>>w[i][j]>>v[i][j];//记录背包 } for(int i=0;i<n;i++) for(int j=m;j>=0;j--) for(int k=0;k<s[i];k++)//枚举这个组的所有背包,注意,这里可以不选择,所以k可以为0 if(j>=w[i][k]) f[j]=max(f[j],f[j-w[i][k]]+v[i][k]); cout<<f[m]; return 0; }
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//机器分配:https://www.luogu.com.cn/problem/P2066 //因为要输出状态,所以我们这里用二维,注意字典序最小,逆着推 //将每个公司看成一个组,那就是分组背包的输出问题了,每个组的背包数都是m,并且是从1到2到3到...m #include<bits/stdc++.h> using namespace std; const int N=4020; int n,m,a[N],f[N][N],s[N],w[N][N],v[N][N],tmp,res,x[N]; int main() { cin>>n>>m; for(int i=1;i<=n;i++) for(int j=1;j<=m;j++) cin>>v[i][j],w[i][j]=j; for(int i=n;i>=1;i--) for(int j=m;j>=0;j--) for(int k=0;k<=j;k++) f[i][j]=max(f[i][j],f[i+1][j-w[i][k]]+v[i][k]); cout<<f[1][m]<<endl; int j=m; for(int i=1;i<=n;i++) for(int k=0;k<=j;k++) if(f[i][j]==f[i+1][j-w[i][k]]+v[i][k]) {x[i]=w[i][k],j-=w[i][k];break;} for(int i=1;i<=n;i++) cout<<i<<" "<<x[i]<<endl; return 0; }
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//货币系统:http://ybt.ssoier.cn:8088/problem_show.php?pid=1273 //完全背包而已 #include<bits/stdc++.h> using namespace std; const int N=1e5+10; long long n,a[N],f[N],m; int main() { cin>>n>>m; f[0]=1; for(int i=0;i<n;i++) cin>>a[i]; for(int i=0;i<n;i++) for(int j=a[i];j<=m;j++) f[j]+=f[j-a[i]]; cout<<f[m]; return 0; }
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//[NOIP2018 提高组] 货币系统:https://www.luogu.com.cn/problem/P5020 #include<bits/stdc++.h> using namespace std; const int N=1e5+10; int f[N],a[N],n,t,m; int main() { cin>>t; while(t--) { memset(f,0,sizeof f); cin>>n; f[0]=1; for(int i=0;i<n;i++) cin>>a[i]; sort(a,a+n);//贪心部分,一定要从最小的开始遍历,不然的话先遍历大的小的就遍历不到了 for(int i=0;i<n;i++) for(int j=a[i];j<=25010;j++)//所有的情况 f[j]+=f[j-a[i]]; int res=n; for(int i=0;i<n;i++) if(f[a[i]]>1) res--; cout<<res<<endl; } return 0; } 
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day03:(终于算是基本上学完了)

先用oj的一道背包题试试手:

 

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//动态规划进阶题目之货币面值:https://oj.ytu.edu.cn/problem.php?cid=4227&pid=0 #include<bits/stdc++.h> using namespace std; const int N=1e5+10; int n,a[N],f[N],res; int main() { while(cin>>n) { memset(f,0,sizeof f); for(int i=0;i<n;i++) cin>>a[i]; sort(a,a+n); f[0]=1; for(int i=0;i<n;i++) for(int j=N;j>=a[i];j--) f[j]+=f[j-a[i]]; for(int i=0;i<N;i++) if(f[i]==0) {cout<<i<<endl;break;} } return 0; }
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  //依赖背包(树上背包) 

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//依赖背包:https://www.acwing.com/problem/content/10/ //每个节点都要选择一个,从父节点开始的话,两边只能选一个 //可以这样理解,也就是第一个父节点有两个子节点,所以说给父节点选的背包数就两个 //如此,这种类型的就可以转换为分组背包问题,关于父节点问题可以用邻接表来储存 #include<bits/stdc++.h> using namespace std; const int N=2020; int f[N][N],a[N],w[N],v[N],h[N],e[N],ne[N],idx,n,root,m; void add(int a,int b)//add函数储存邻接表 { e[idx]=b,ne[idx]=h[a],h[a]=idx++; } void dfs(int u)//u是节点 { for(int i=h[u];~i;i=ne[i])//遍历父节点的每一个子节点 { int son=e[i]; dfs(e[i]);//这里与递归顺序相反,我们要先把父节点的子节点全部的状态寻找完,然后 //最后再加上父节点才是最大价值 因为root节点是必须要选的,所以背包得先空出v[root]来装root节点 for(int j=m-w[u];j>=0;j--) //j是体积,由于一开始不加入父节点,所以是m-w[u]开始,枚举体积 //对于节点son来说 //这个节点在不同的体积下(每种体积都有选与不选两种情况)有不同的最优解,在root体积为j的情况下,循环测试这些体积 //最终算出root体积为j的最优解 for(int k=0;k<=j;k++) f[u][j]=max(f[u][j],f[u][j-k]+f[son][k]); //枚举组数,由于不清楚具体的节点数,所以我们的决策就是,遍历所有小于j的背包数,然后循环递增 } for(int i=m;i>=w[u];i--) f[u][i]=f[u][i-w[u]]+v[u];//加上父节点的体积 for(int i=0;i<w[u];i++) f[u][i]=0;//如果我们装不下父节点,那么就没意义,全部变成0 } int main() { cin>>n>>m; memset(h,-1,sizeof h); for(int i=1;i<=n;i++) { int p; cin>>w[i]>>v[i]>>p; if(p==-1) root=i;//p是我们的节点,如果此时=-1的话就是父节点,其余的都要接在父节点上面 else add(p,i);// } dfs(root);//从父节点开始遍历; cout<<f[root][m];//输出从父结点开始,体积不小于m的最大价值 return 0; }
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//[CTSC1997] 选课:https://www.luogu.com.cn/problem/P2014 //本题略有变形,多加思考 #include<bits/stdc++.h> using namespace std; const int N=2020; int f[N][N],w[N]={1},v[N],h[N],e[N],ne[N],idx,res,n,m,root; void add(int a,int b) { e[idx]=b,ne[idx]=h[a],h[a]=idx++; } void dfs(int u) { for(int i=h[u];~i;i=ne[i]) { int son=e[i]; dfs(son); for(int j=m;j>=0;j--)//这里为什么要从m开始呢? //如标题所示,这个是树状dp的问题,但是按照题意来的话,画完图之后很明显是森林 //这个时候我们就需要多建立一个0节点来使他们形成树 for(int k=0;k<=j;k++) f[u][j]=max(f[u][j],f[u][j-k]+f[son][k]); } for(int i=m+1;i>=1;i--) f[u][i]=f[u][i-1]+v[u]; f[u][0]=0; } int main() { cin>>n>>m; memset(h,-1,sizeof h); for(int i=0;i<=m+1;i++) f[0][i]=0; for(int i=1;i<=n;i++) { int p; cin>>p>>v[i]; //f[i][1]=v[i]; add(p,i); } dfs(0); cout<<f[0][m+1];//这里的m+1就是因为多建了个节点,0节点是必须选的,但是呢0节点的价值是0; return 0; }
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//https://www.luogu.com.cn/problem/P1833 //混合背包问题 #include<bits/stdc++.h> using namespace std; const int N=1e5+10,M=2040; int hh,tt,mm,n; struct node { int t,c,p; }tr[N]; string t1,t2; int dp[M]; int main() { cin>>t1>>t2>>n; int hh1=0,hh2=0,mm1=0,mm2=0; bool f=false,ff=false;; for(int i=0;i<t1.size();i++){ if(t1[i]==':') f=true; else if(!f) hh1=hh1*10+t1[i]-'0'; else if(f) mm1=mm1*10+t1[i]-'0'; } for(int i=0;i<t2.size();i++){ if(t2[i]==':') ff=true; else if(!ff) hh2=hh2*10+t2[i]-'0'; else if(ff) mm2=mm2*10+t2[i]-'0'; } int pos=(hh2-hh1)*60+mm2-mm1; for(int i=1;i<=n;i++){ int a,b,c; cin>>a>>b>>c; tr[i].t=a,tr[i].c=b,tr[i].p=c; } for(int i=1;i<=n;i++) if(tr[i].p==0) for(int j=tr[i].t;j<=pos;j++) dp[j]=max(dp[j],dp[j-tr[i].t]+tr[i].c); else for(int k=1;k<=tr[i].p;k++) for(int j=pos;j>=k*tr[i].t;j--) //这里存在一个优化,即枚举的次数 dp[j]=max(dp[j],dp[j-tr[i].t]+tr[i].c); cout<<dp[pos]; return 0; } //https://www.luogu.com.cn/problem/P2340 //每个物品只有选或者不选两种状态,若要搜索 2^400,太大 //基本上存在: 选或不选的首先考虑背包dp,然后得出取一次就没,即01背包 //由于题目存在负数,要把-400000-400000整体向右移,0-800000; //然后定义dpi, i是智商数,dpi是情商数,已经保证了智商数大于0,dp情商即可 #include<bits/stdc++.h> using namespace std; const int N=1e6+10; int n,m,res; struct node { int l,r; }cow[N]; int dp[N]; int main() { cin>>n; for(int i=1;i<=n;i++) cin>>cow[i].l>>cow[i].r; memset(dp,-0x3f,sizeof dp); dp[400000]=0; for(int i=1;i<=n;i++){ if(cow[i].l>=0) //对于大于0的,反向dp推状态 for(int j=800000;j>=cow[i].l;j--) dp[j]=max(dp[j],dp[j-cow[i].l]+cow[i].r); else //对于小于0的,正向推,推的是上一个用它的背包 for(int j=0;j<=800000+cow[i].l;j++) dp[j]=max(dp[j],dp[j-cow[i].l]+cow[i].r); } for(int i=400000;i<=800000;i++){ if(dp[i]>0) res=max(res,i+dp[i]-400000); } cout<<res; return 0; }
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