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Onway

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淺析《背包九講-分組背包》中的錯誤

Posted on 2010-08-08 21:08 Onway 閱讀(4174) 評論(3)  編輯 收藏 引用 所屬分類: 傷不起的ACM

發現問題的起因是HDU 1712,一個赤裸的分組背包。所以有必要說一下這個題目。

題意:

一個學生用M天的時間復習N門課程,每門課程花費不同的天數,有不同的收獲。問如何安排這M天,使得收獲最大。

思路:

可以將每一門課看成一個分組,每門課不同天數的選擇看成是分組的物品(顯然只能有一個選擇),物品的費用即為花費的天數,物品的價值為題中給出的收獲。該題中背包容量最大為M。

設dp[x]為前i組物品,在背包容量為x(即費用為x)時的最大價值。則將i從1到N進行過歷遍后(第一重循環),dp[m]即為所求。

在這種狀態設置中,容易想出以下兩種階段遞推方式(以下所述都為第二和第三重循環):

1,在同一個背包容量中,對不同費用的物品進行枚舉比較:

for(j=MAX;j>=1;--j)   //背包容量

      for(k=1;k<=m;++k)  //不同費用的物品

2,在同一費用的物品中,對放在不同背包容量時計算最大價值:(該方式同《背包九講-分組背包》中的偽代碼部分)

for(k=1;k<=m;++k)    //不同費用的物品

      for(j=MAX;j>=1;--j)  //背包容量

簡略分析:

1,分析第一種遞推方式的正確:

該方式即求在容量為j的背包中,選擇哪一個物品可以有最大價值。

看遞推方程:dp[j]=max(dp[j],dp[j-c[k]]+w[k]);(其中c[k]為k物品的費用,w[k]為價值),由于遞降枚舉背包容量,max比較中的dp[j]是由上一組物品決策所得,在這里將被忽略。因為就算不忽略,在本組物品中dp[j]的決策依然要取決于dp[j-c[k]]+w[k]。

而同樣由于遞降枚舉背包容量(第二重循環),dp[j-c[k]]在本組物品中是未進行過決策的,亦即背包容量為j-c[k]時,在本組物品中是沒有選擇任何物品的,這可以保證對dp[j]決策時,不會多選本組中的物品。

2,分析第二種遞推方式的錯誤:

該方式即求對物品k,放在所有背包中,計算各個最大價值。

同樣是遞推方程:dp[j]=max(dp[j],dp[j-c[k]]+w[k]);(其中c[k]為k物品的費用,w[k]為價值)。能否保證dp[j-c[k]]在本組中未經決策,就成了該遞推方式對錯的關鍵。

由于背包容量的遞降枚舉在第三重循環,只能保證k物品不會重復選擇。對于另一k0物品,當背包容量枚舉到j-c[k]的時候,由方程可以有:dp[j-c[k]]=max(dp[j-c[k]],dp[j-c[k]-c[k0]]+w[k0],亦即dp[j-c[k]]可能在本組中的其他物品中進行過決策。

那么這樣就可能導致在一組物品中選擇了多件物品。

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周五的早上AC了那個題目,但是感覺留下了一堆的問題。然后忙了兩天別的事,直到今天才感覺徹底搞懂了。

在最近的幾個題中,也算逐漸明白知識學習與能力培養的區別。

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以下附《背包九講-分組背包》中的內容和HDU 1712的代碼。

分組背包:

P06: 分組的背包問題
 問題
 有N件物品和一個容量為V的背包。第i件物品的費用是c[i],價值是w[i]。這些物品被劃分為若干組,每組中的物品互相沖突,最多選一件。求解將哪些物品裝入背包可使這些物品的費用總和不超過背包容量,且價值總和最大。

 算法
 這個問題變成了每組物品有若干種策略:是選擇本組的某一件,還是一件都不選。也就是說設f[k][v]表示前k組物品花費費用v能取得的最大權值,則有f[k][v]=max{f[k-1][v],f[k-1][v-c[i]]+w[i]|物品i屬于第k組}。

 使用一維數組的偽代碼如下:

 for 所有的組k
 for 所有的i屬于組k
 for v=V..0
 f[v]=max{f[v],f[v-c[i]]+w[i]}

 另外,顯然可以對每組中的物品應用P02中“一個簡單有效的優化”。

 小結
 分組的背包問題將彼此互斥的若干物品稱為一個組,這建立了一個很好的模型。不少背包問題的變形都可以轉化為分組的背包問題(例如P07),由分組的背包問題進一步可定義“泛化物品”的概念,十分有利于解題。

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//HDU 1712(被注釋的為以上第二種遞推方式):
#include <iostream>
using namespace std;
const int MAX=100;
int dp[MAX+1],data[MAX+1][MAX+1];
int main()
{
    
int n,m;
    
while(scanf("%d%d",&n,&m)&&(n||m))
    {
        
int i,j,k;
        
for(i=1;i<=n;++i)
            
for(j=1;j<=m;++j)
                scanf(
"%d",&data[i][j]);
   
/*
        memset(dp,0,sizeof(dp));
        for(i=1;i<=n;++i)     
            for(j=m;j>=1;--j) 
                for(k=MAX;k>=j;--k)    
                    if(dp[k]<dp[k-j]+data[i][j])
                      dp[k]=dp[k-j]+data[i][j];
    
*/

        memset(dp,
0,sizeof(dp));
        
for(i=1;i<=n;++i)    
            
for(j=MAX;j>=1;--j)  
                
for(k=1;k<=m;++k)  
                    
if(j>=k)
                        dp[j]
=dp[j]>dp[j-k]+data[i][k]?dp[j]:dp[j-k]+data[i][k];
    
        printf(
"%d\n",dp[m]);
    }
    
return 0;
}

Feedback

# re: 淺析《背包九講-分組背包》中的錯誤  回復  更多評論   

2010-08-09 14:29 by marvin
還記得你看二重背包的時候我給你說的等你看到分組背包的時候咱商討下嗎?呵呵,就是這個問題,當時我怎么也想不明白他列的這個世子是怎么工作的,然后就發現應該讓第二重循環和第三重循環反過來才是正確的
然后再給你提點建議:
第二重循環的時候j從m開始就可以了,第三重循環k循環到K就可以了,下面的那條j>=k的語句就不同判斷了
下面的是正解,呵呵

for 所有的組k
for v=V..0
for 所有的i屬于組k
f[v]=max{f[v],f[v-c[i]]+w[i]}

# re: 淺析《背包九講-分組背包》中的錯誤  回復  更多評論   

2011-02-18 14:42 by lzc4160
搜分組背包搜到你這來了.
贊同你的結論,原文里確實存在錯誤.
但是有一個地方沒想明白.
HDU 1712原題我沒看,但從你的表述來看應該是01背包問題.

# re: 淺析《背包九講-分組背包》中的錯誤  回復  更多評論   

2011-07-29 15:32 by surfacedust
LZ強大,懷疑樓主看的是第一版的背包九講,后面的改正過來了!
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