首先是背包分类的模板:
1、0/1背包:外循环nums,内循环target,target倒序且target>=nums[i];
2、完全背包:外循环nums,内循环target,target正序且target>=nums[i];
3、组合背包:外循环target,内循环nums,target正序且target>=nums[i];
4、分组背包:这个比较特殊,需要三重循环:外循环背包bags,内部两层循环根据题目的要求转化为1,2,3三种背包类型的模板

然后是问题分类的模板:
1、最值问题: dp[i] = max/min(dp[i], dp[i-nums]+1)或dp[i] = max/min(dp[i], dp[i-num]+nums);
2、存在问题(bool):dp[i]=dp[i]||dp[i-num];
3、组合问题:dp[i]+=dp[i-num];

给定一个背包容量target,再给定一个数组nums(物品),能否按一定方式选取nums中的元素得到target
今天我们就来说一说滚动数组,其实在前面的题目中我们已经用到过滚动数组了,就是把二维dp降为一维dp,一些录友当时还表示比较困惑。
那么我们通过01背包,来彻底讲一讲滚动数组!
接下来还是用如下这个例子来进行讲解
背包最大重量为4。
物品为:

重量 价值
物品0 1 15
物品1 3 20
物品2 4 30

问背包能背的物品最大价值是多少?

一、一维dp数组(滚动数组)

对于背包问题其实状态都是可以压缩的。
在使用二维数组的时候,递推公式:dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i]);
其实可以发现如果把dp[i - 1]那一层拷贝到dp[i]上,表达式完全可以是:dp[i][j] = max(dp[i][j], dp[i][j - weight[i]] + value[i]);
与其把dp[i - 1]这一层拷贝到dp[i]上,不如只用一个一维数组了,只用dp[j](一维数组,也可以理解是一个滚动数组)。
这就是滚动数组的由来,需要满足的条件是上一层可以重复利用,直接拷贝到当前层。
读到这里估计大家都忘了 dp[i][j]里的i和j表达的是什么了,i是物品,j是背包容量。
dp[i][j] 表示从下标为[0-i]的物品里任意取,放进容量为j的背包,价值总和最大是多少
一定要时刻记住这里i和j的含义,要不然很容易看懵了。
动规五部曲分析如下:

1.1 确定dp数组的定义

在一维dp数组中,dp[j]表示:容量为j的背包,所背的物品价值可以最大为dp[j]。

1.2 一维dp数组的递推公式

dp[j]为 容量为j的背包所背的最大价值,那么如何推导dp[j]呢?
dp[j]可以通过dp[j - weight[i]]推导出来,dp[j - weight[i]]表示容量为j - weight[i]的背包所背的最大价值。
dp[j - weight[i]] + value[i] 表示 容量为 j - 物品i重量 的背包 加上 物品i的价值。(也就是容量为j的背包,放入物品i了之后的价值即:dp[j])
此时dp[j]有两个选择,一个是取自己dp[j] 相当于 二维dp数组中的dp[i-1][j],即不放物品i,一个是取dp[j - weight[i]] + value[i],即放物品i,指定是取最大的,毕竟是求最大价值,
所以递归公式为:

  1. dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);

可以看出相对于二维dp数组的写法,就是把dp[i][j]中i的维度去掉了。

1.3 一维dp数组如何初始化

关于初始化,一定要和dp数组的定义吻合,否则到递推公式的时候就会越来越乱
dp[j]表示:容量为j的背包,所背的物品价值可以最大为dp[j],那么dp[0]就应该是0,因为背包容量为0所背的物品的最大价值就是0。
那么dp数组除了下标0的位置,初始为0,其他下标应该初始化多少呢?
看一下递归公式:dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);
dp数组在推导的时候一定是取价值最大的数,如果题目给的价值都是正整数那么非0下标都初始化为0就可以了。
这样才能让dp数组在递归公式的过程中取的最大的价值,而不是被初始值覆盖了
那么我假设物品价值都是大于0的,所以dp数组初始化的时候,都初始为0就可以了。

1.4 一维dp数组遍历顺序

代码如下:

  1. for(int i = 0; i < weight.size(); i++) { // 遍历物品
  2. for(int j = bagWeight; j >= weight[i]; j--) { // 遍历背包容量
  3. dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);
  4. }
  5. }

image.png
这里大家发现和二维dp的写法中,遍历背包的顺序是不一样的!
二维dp遍历的时候,背包容量是从小到大,而一维dp遍历的时候,背包是从大到小。
为什么呢?
倒序遍历是为了保证物品i只被放入一次!。但如果一旦正序遍历了,那么物品0就会被重复加入多次!
举一个例子:物品0的重量weight[0] = 1,价值value[0] = 15
如果正序遍历
dp[1] = dp[1 - weight[0]] + value[0] = 15
dp[2] = dp[2 - weight[0]] + value[0] = 30
此时dp[2]就已经是30了,意味着物品0,被放入了两次,所以不能正序遍历。
为什么倒序遍历,就可以保证物品只放入一次呢?
倒序就是先算dp[2]
dp[2] = dp[2 - weight[0]] + value[0] = 15 (dp数组已经都初始化为0)
dp[1] = dp[1 - weight[0]] + value[0] = 15
所以从后往前循环,每次取得状态不会和之前取得状态重合,这样每种物品就只取一次了。
那么问题又来了,为什么二维dp数组历的时候不用倒序呢?
因为对于二维dp,dp[i][j]都是通过上一层即dp[i - 1][j]计算而来,本层的dp[i][j]并不会被覆盖!

再来看看两个嵌套for循环的顺序,代码中是先遍历物品嵌套遍历背包容量,那可不可以先遍历背包容量嵌套遍历物品呢?
不可以!
因为一维dp的写法,背包容量一定是要倒序遍历(原因上面已经讲了),如果遍历背包容量放在上一层,那么每个dp[j]就只会放入一个物品,即:背包里只放入了一个物品。
倒序遍历的原因是,本质上还是一个对二维数组的遍历,并且右下角的值依赖上一层左上角的值,因此需要保证左边的值仍然是上一层的,从右向左覆盖。
(这里如果读不懂,就在回想一下dp[j]的定义,或者就把两个for循环顺序颠倒一下试试!)
所以一维dp数组的背包在遍历顺序上和二维其实是有很大差异的!,这一点大家一定要注意。

1.5 举例推导dp数组

一维dp,分别用物品0,物品1,物品2 来遍历背包,最终得到结果如下:
image.png

二、代码

  1. void test_1_wei_bag_problem() {
  2. vector<int> weight = {1, 3, 4};
  3. vector<int> value = {15, 20, 30};
  4. int bagWeight = 4;
  5. // 初始化
  6. vector<int> dp(bagWeight + 1, 0);
  7. for(int i = 0; i < weight.size(); i++) { // 遍历物品
  8. for(int j = bagWeight; j >= weight[i]; j--) { // 遍历背包容量
  9. dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);
  10. }
  11. }
  12. cout << dp[bagWeight] << endl;
  13. }
  14. int main() {
  15. test_1_wei_bag_problem();
  16. }