0x3f第12天 0-1背包

1.0-1背包问题:

#capacity :背包容量

#w[i]:第i个物体的体积

#v[i]:第i个物体的价值

def dfs(i , c): 定义:选或不选到第i个物体时,目前背包最大价值

i:目前装了i个物体 c:背包剩余容量

回溯公式:

dfs(i,c)=max(dfs(i-1,c),dfs(i-1,c-w[i])+v[i]) 装没装第i个物体的两种情况

边界条件:1.i == 0 没东西可装

  1. 剩余容量不足以装下当前的这个w[ i ]

    #capacity :背包容量

    #w[i]:第i个物体的体积

    #v[i]:第i个物体的价值
    n = len(w)
    def dfs(i,c):
    if i < 0:
    return 0
    if c < w[i]:
    return dfs(i-1,c)
    return max(dfs(i-1,c),dfs(i-1,c-w[i])+v[i])
    dfs(n-1,capacity)




1.1.目标和 问题

1.回溯法+cache

目标和问题可以转换为0-1背包问题,因为最后也是从数组中选出几个数,使其最终和为一个定值

令p:正数和,q:负数和 sums = p-q target = p+q

可以得出 p = (sum+target)//2 即几个数和为定值

dfs(i,t)定义:从i个数中选出和为t的 方案个数

参数 i:从包括i及其往前的数字中选

t:现在要凑的目标和

回溯方程:

dfs(i,t) = dfs(i-1,t) + dfs(i-1,t-nums[i])

边界条件:若sum+target并不是偶数,或者为负数,那就无解,返回 0

边界条件:若当前的nums[i] > t,那就加不进去,return dfs(i-1,t)

初始条件:if i < 0: //没有可选的了,从n已经遍历到开头了

if t==0:return 1 此方案可行

else: return 0 没有恰好为t的方案

代码:

时间复杂度:t*n 空间复杂度::n

时间复杂度你可以把这个dfs函数的执行过程,理解成 "填一张 n 行、t 列的表格":

复制代码
class Solution:
    def findTargetSumWays(self, nums: List[int], target: int) -> int:
        target = sum(nums)+target
        n = len(nums)
        if target%2 != 0 or target<0:
            return 0
        t = target//2
        
        @cache
        def dfs(i,t):
            if i<0:
                if t==0:
                    return 1
                else:
                    return 0
            if nums[i]>t:
                return dfs(i-1,t)
            return dfs(i-1,t) + dfs(i-1,t-nums[i])
        return dfs(n-1,t)

2.递推

先根据回溯公式写出f公式:

dfs(i,t) = dfs(i-1,t) + dfs(i-1,t-nums[i])

f[i][t] = f[i-1][t] + f[i-1][t-nums[i]]数组最好不要出现负数情况

f [ i + 1 ] [ t ] = f [ i ] [ t ] + f [ i ] [ t - nums[ i ] ]

于是自然想到建立一个f[[]]二维数组 为了边界条件,我们的二维数组会多一列、一行

公式:f = [ [0] *(t +1) for _ in range(n+1) ] *的是列数量 for的是行数量

n+1对于前0个,1个...n个元素

t 对应 凑出和为0 ,1 ,...t的数

递归变循环,怎么变,取决于f公式需要什么

f [ i + 1 ] [ t ] = f [ i ] [ t ] + f [ i ] [ t - nums[ i ] ] 可以看出需要 i , t , nums[ i ]

for i,x in enumerate(nums):

for c in range(t+1):

边界条件:nums[i]>t: 在这就是 x>c

时间复杂度:t n 空间复杂度 t n

复制代码
class Solution:
    def findTargetSumWays(self, nums: List[int], target: int) -> int:
        target = sum(nums)+target
        n = len(nums)
        if target%2 != 0 or target<0:
            return 0
        t = target//2

        f = [[0]*(t+1)for _ in range(n+1)]
        f[0][0]=1
        for i,x in enumerate(nums):
            for c in range(t+1):
                if x>c:
                    f[i+1][c] =  f[i][c]
                else:
                    f[i+1][c] = f[i][c]+f[i][c-x]
        return f[n][t]

3.空间优化两个数组

发现f[i+1]只取决于f[i],所以只需要两个数字

之后的数组重新覆盖f0和f1即可

f = [[0]*(t+1)for _ in range(2)] 两行数组

f[i+1]都改成f[(i+1)%2]

f[i]都改成f[i%2]

空间复杂度为 t

4.空间优化一个数组

和i有关的都删掉,遍历target的时候倒着遍历,从t遍历至x,倒序到 x,只处理 c≥x 的场景,避免重复选,最开始的边界条件

时间复杂度 tn 空间复杂度t

复制代码
class Solution:
    def findTargetSumWays(self, nums: List[int], target: int) -> int:
        target = sum(nums)+target
        n = len(nums)
        if target%2 != 0 or target<0:
            return 0
        t = target//2

        f =[0]*(t+1)
        f[0]=1
        for x in nums:
            for c in range(t,x-1,-1):
                f[c] = f[c]+f[c-x]
        return f[t]



2.完全背包

每个物品可以重复选,回溯公式修改:

dfs(i,c)=max(dfs(i-1,c),dfs(i-1, c-w[i])+v[i])

dfs (i,c) = min(dfs(i-1,c), dfs(i, c-w[i])+v[i])选了,但还可以选,所以i不变

2.1 零钱兑换

1.回溯法+cache

dfs(i,c)定义:用前i种硬币,凑c块钱,最少用几个硬币

i:前i种硬币

c:还需要凑c块钱

回溯方程:

dfs(i,c) = min(dfs(i-1,c) + dfs(i-,c-coins[i])+1)

边界条件:

1.若 coins[i]>c,return dfs(i-1,c) 这类硬币滚蛋

2.若i < 0 and c!=0,说明还没凑完,return inf 无解

起始条件:

若 i<0 and c==0,return 0 所有硬币都处理完了,且剩余要凑的金额是 0不需要再用任何硬币

i < 0c == 0 → 返回 0
  • 含义:所有硬币都处理完了,且剩余要凑的金额是 0(已经凑够了);
  • 为什么返回 0?因为 "没有硬币可选" 的情况下,凑够了金额 0,不需要再用任何硬币 → 最少硬币数就是 0;
  • 举例子:比如你要凑金额 0,不管有没有硬币,都只需要 0 个硬币(啥都不用选),这是所有最值问题的 "基础锚点"。
复制代码
  class Solution:
      def coinChange(self, coins: List[int], amount: int) -> int:
          n = len(coins)
          @cache
          def dfs(i,c):
              if i<0:
                  if c==0:return 0
                  else:   return inf
              if coins[i] > c:
                  return dfs(i-1,c)
              return min(dfs(i-1,c),dfs(i,c-coins[i])+1)
          ans = dfs(n-1,amount)
          if ans < inf:
              return ans
          else: 
              return -1
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