有 N 件物品和一个最多能背重量为 W 的背包。第 i 件物品的重量是 weight[i]
,其价值是 value[i]
。每件物品都有无限个(也就是可以放入背包多次),求解将哪些物品装入背包里物品价值总和最大。
完全背包和 01 背包问题唯一不同的地方就是,每种物品有无限个。
同样 leetcode 上没有纯完全背包问题,都是需要完全背包的各种应用,需要转化成完全背包问题,所以我这里还是以纯完全背包问题进行讲解理论和原理。
一、滚动数组——完全背包
在下面的讲解中,我依然举这个例子:
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 |
每件商品都有无限个!
问背包能背的物品最大价值是多少?
01 背包和完全背包唯一不同就是体现在遍历顺序上,所以本文就不去做动规五部曲了,我们直接针对遍历顺序经行分析!
分析过程
首先在回顾一下 01 背包的核心代码
for (let i = 0; i < weight.length; i++) { // 遍历物品
for (let j = bagWeight; j >= weight[i]; j--) { // 遍历背包容量
dp[j] = Math.max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);
}
}
我们知道 01 背包内嵌的循环是从大到小遍历,为了保证每个物品仅被添加一次。
而完全背包的物品是可以添加多次的,所以要从小到大去遍历,即:
// 先遍历物品,再遍历背包
for (let i = 0; i < weight.length; i++) { // 遍历物品
for (let j = weight[i]; j <= bagWeight; j++) { // 遍历背包容量
dp[j] = Math.max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);
}
}
dp状态图如下:
相信很多同学看网上的文章,关于完全背包介绍基本就到为止了。
其实还有一个很重要的问题,为什么遍历物品在外层循环,遍历背包容量在内层循环?
这个问题很多题解关于这里都是轻描淡写就略过了,大家都默认 遍历物品在外层,遍历背包容量在内层,好像本应该如此一样,那么为什么呢?
难道就不能遍历背包容量在外层,遍历物品在内层?
看之前的 背包理论之 01 背包,就知道了,01 背包中二维 dp 数组的两个 for 遍历的先后循序是可以颠倒了,一维 dp 数组的两个 for 循环先后循序一定是先遍历物品,再遍历背包容量。
在完全背包中,对于一维 dp 数组来说,其实两个 for 循环嵌套顺序同样无所谓!
因为dp[j]
是根据 下标 j
之前所对应的 dp[j]
计算出来的。 只要保证下标j
之前的dp[j]
都是经过计算的就可以了。
遍历物品在外层循环,遍历背包容量在内层循环,状态如图:
遍历背包容量在外层循环,遍历物品在内层循环,状态如图:
看了这两个图,大家就会理解,完全背包中,两个 for 循环的先后循序,都不影响计算dp[j]
所需要的值(这个值就是下标j
之前所对应的dp[j]
)
先遍历背包在遍历物品,代码如下:
// 先遍历背包,再遍历物品
for (let j = 0; j <= bagWeight; j++) { // 遍历背包容量
for (let i = 0; i < weight.length; i++) { // 遍历物品
if (j - weight[i] >= 0) dp[j] = Math.max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);
}
}
完整代码
function completePack(value, weight, bagWeight) {
const dp = new Array(bagWeight + 1).fill(0)
for (let i = 0;i < weight.length; i++) {
for (let j = weight[i];j <= bagWeight;j++) {
dp[j] = Math.max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i])
}
}
return dp[bagWeight]
}
const weight_test = [1, 3, 5]
const value_test = [15, 20, 30]
const bagWeight = 4
const result = completePack(value_test, weight_test, bagWeight)
总结
细心的同学可能发现,全文我说的都是对于纯完全背包问题,其 for 循环的先后循环是可以颠倒的!
但如果题目稍稍有点变化,就会体现在遍历顺序上。
如果问装满背包有几种方式的话? 那么两个 for 循环的先后顺序就有很大区别了,而 leetcode 上的题目都是这种稍有变化的类型。