当前位置:首页 > 随笔 > 正文内容

基于体积与重量双重约束的0-1背包问题求解及路径还原

访客 随笔 2026年8月6日 1
本文讨论在同时受限于体积和重量条件下的0-1背包问题。每个物品具有特定的体积、重量和价值,目标是在不超过容器最大体积和最大承重的前提下,选择若干物品使总价值最大化。 此类问题可视为三维动态规划模型,通过状态压缩优化为二维处理方式。定义状态数组 `dp[vol][wt]` 表示当可用体积为 `vol`、可用重量为 `wt` 时所能获得的最大价值。 由于是0-1背包问题(每件物品最多选一次),需对体积和重量维度均采用逆序遍历,以避免物品被重复选取。 核心状态转移方程如下:

dp[vol][wt] = max(dp[vol][wt], 
                  dp[vol - volume[i]][wt - weight[i]] + value[i])
    
其中 `i` 表示当前考虑的物品索引。 下面是基础实现代码,仅计算最大价值:
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

const int MAX_SIZE = 1006;

int dp[MAX_SIZE][MAX_SIZE]; // dp[vol][wt]:指定体积和重量限制下的最大价值
int volume[MAX_SIZE], weight[MAX_SIZE], value[MAX_SIZE];

int main() {
    int n, maxVol, maxWt;
    cin >> n >> maxVol >> maxWt;

    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        cin >> volume[i] >> weight[i] >> value[i];
    }

    // 动态规划填表
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        for (int vol = maxVol; vol >= volume[i]; --vol) {
            for (int wt = maxWt; wt >= weight[i]; --wt) {
                dp[vol][wt] = max(dp[vol][wt], 
                                  dp[vol - volume[i]][wt - weight[i]] + value[i]);
            }
        }
    }

    cout << dp[maxVol][maxWt] << endl;
    return 0;
}
若还需输出具体选择了哪些物品,则需要引入路径追踪机制。为此,使用两个辅助数组: - `chosenFrom[vol][wt]`:记录该状态是由哪一个物品更新而来(存储物品索引)。 - `prevState[vol][wt]`:记录转移前的状态坐标,即前一体积与重量组合 `(prev_vol, prev_wt)`。 初始化所有状态为未更新状态(用 `-1` 表示)。在状态转移过程中,一旦发现更优解,则更新这两个数组。 完整路径还原版本如下:
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

const int MAX_SIZE = 1006;

int dp[MAX_SIZE][MAX_SIZE];
int chosenFrom[MAX_SIZE][MAX_SIZE];
pair<int, int> prevState[MAX_SIZE][MAX_SIZE];

int volume[MAX_SIZE], weight[MAX_SIZE], value[MAX_SIZE];

int main() {
    int n, maxVol, maxWt;
    cin >> n >> maxVol >> maxWt;

    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        cin >> volume[i] >> weight[i] >> value[i];
    }

    memset(chosenFrom, -1, sizeof(chosenFrom));

    // 填充DP表并记录路径
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        for (int vol = maxVol; vol >= volume[i]; --vol) {
            for (int wt = maxWt; wt >= weight[i]; --wt) {
                int candidate = dp[vol - volume[i]][wt - weight[i]] + value[i];
                if (candidate > dp[vol][wt]) {
                    dp[vol][wt] = candidate;
                    chosenFrom[vol][wt] = i;
                    prevState[vol][wt] = make_pair(vol - volume[i], wt - weight[i]);
                }
            }
        }
    }

    cout << "最大价值:" << dp[maxVol][maxWt] << endl;

    // 回溯构造选取路径
    vector<int> selectedItems;
    int curVol = maxVol, curWt = maxWt;

    while (chosenFrom[curVol][curWt] != -1) {
        int itemIdx = chosenFrom[curVol][curWt];
        selectedItems.push_back(itemIdx);
        tie(curVol, curWt) = prevState[curVol][curWt]; // 解包上一状态
    }

    reverse(selectedItems.begin(), selectedItems.end());

    cout << "选中的物品编号(从0起始):" << endl;
    for (int idx : selectedItems) {
        cout << idx << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}
关键点说明:`tie(curVol, curWt) = prevState[curVol][curWt];` 使用 C++ 的 `std::tie` 将 `pair` 类型中的两个元素分别赋值给变量,实现状态回退。 最终程序输出最大价值以及被选中的物品序列。
标签: 动态规划

相关文章

可以按小时收费的VPS

很多 VPS 提供商都支持 按小时计费(hourly billing),想短期试用 / 临时搭建节点、测试网络、短期项目等场景非常合适。下面是当前最主流且靠谱的按小时 VPS 选项,分别按不同需求场景整理: 1. Vultr(全球节点,包括日本) 按小时计费 可选机房:东京 / 大阪 / 洛杉矶 / 法兰克福 / 伦敦 … 支持 PayPal(部分情况),但更常用信用卡/PayPal+卡价格参考$...

在 iPhone 上下载国外App

地区/国家限制App Store 会根据 Apple ID 的国家或地区限制应用下载。如果你的 Apple ID 绑定的是中国大陆,就可能无法下载 OpenAI 官方的 ChatGPT 应用,因为它在大陆 App Store 不上架。解决办法:换成美国、加拿大、香港等地区的 Apple ID。或者在现有 Apple ID 上更改地区。注册一个国外 Apple ID(推荐)比如注册 美国区 Appl...

Node.js 中的异步编程:回调与 Promise

Node.js 是一个基于 JavaScript 构建的单线程、非阻塞运行环境,它通过异步编程机制来高效处理多个操作。在执行如文件读取、API 请求或数据库查询等任务时,Node.js 不会等待这些操作完成,而是使用回调函数和 Promise 来避免阻塞主线程。 回调方式实现异步 那么当异步操作完成后,Node.js 如何知道接下来要做什么呢?这就要用到 回调函数(callback)。 回调本质上...

Selenium自动化测试入门指南

Selenium自动化测试入门指南

什么是自动化测试? 自动化测试是指利用软件工具自动执行测试用例,模拟用户操作,如打开网页、点击链接、输入文本等,并验证结果是否符合预期。 其主要优点包括: 大幅减少人工成本 测试速度快 可以在非工作时间运行 支持持续集成和交付 然而,它也存在一些局限性,例如开发成本较高、不适合快速变化的项目、依赖稳定的UI界面等。 自动化测试的应用条件 适合引入自动化测试的情况包括: 手动测试耗时且需要大量...

MariaDB Galera集群故障快速恢复指南

OpenStack控制节点采用三节点MariaDB Galera集群架构。当数据库集群因故障重启时,有时会出现Galera集群无法正常启动的问题。虽然有多种方法可以恢复数据库服务,但如何实现快速启动同时确保数据完整性呢? 通过分析日志发现,MariaDB Galera集群节点宕机时会在日志中输出以下信息: [Note] WSREP: 新集群视图:全局状态: 874d8e7e-5980-11e8-8...

Android 中 EventBus 的通信机制与实现原理深度解析

EventBus 核心设计思想 EventBus 是一个基于观察者模式的事件总线框架,广泛应用于 Android 平台以实现组件解耦。它通过中心化的消息分发机制,使不同层级、不同线程的对象能够以"发布-订阅"方式通信,避免了传统接口回调或广播带来的强依赖问题。 核心角色说明 事件(Event):任意 Java 对象,作为数据载体,如网络状态变更通知、用户登录信息等。 发布者(Publi...

发表评论

访客

◎欢迎参与讨论,请在这里发表您的看法和观点。