01背包:动态规划的Hello World

01背包问题 是动态规划中最经典的入门问题。它的核心是:每种物品只有一件,要么选(1),要么不选(0),在背包容量有限的情况下,让总价值最大。

1. 问题描述

  • 有 N 件物品,背包容量为 V

  • 第 i 件物品:重量 w[i],价值 v[i]

  • 每件物品只能选一次

  • 求不超过背包容量的最大价值

2. 核心思路(动态规划)

定义:dp[j] = 容量为 j 的背包能装的最大价值

状态转移方程(一维优化版):

text

复制代码
dp[j] = max(dp[j], dp[j - w[i]] + v[i])
  • 不选第 i 件:dp[j] 保持不变

  • 选第 i 件:容量减少 w[i],价值增加 v[i]

  • 取两者最大值

3. 关键注意事项

遍历顺序必须从大到小(逆序)

原因:一维数组会覆盖历史数据,逆序保证 dp[j - w[i]] 用的是**上一轮(未选当前物品)**的状态,避免同一件物品被重复选取(完全背包才正序)。

4. C++ 完整代码

cpp

复制代码
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main() {
    int N, V;
    cin >> N >> V;  // 物品数量,背包容量

    vector<int> w(N + 1), v(N + 1);
    for (int i = 1; i <= N; i++) {
        cin >> w[i] >> v[i];
    }

    // dp[j] 表示容量为 j 的背包能装的最大价值
    vector<int> dp(V + 1, 0);

    // 遍历每件物品
    for (int i = 1; i <= N; i++) {
        // 逆序遍历容量,从 V 到 w[i]
        for (int j = V; j >= w[i]; j--) {
            dp[j] = max(dp[j], dp[j - w[i]] + v[i]);
        }
    }

    cout << dp[V] << endl;
    return 0;
}

5. 输入输出示例

text

复制代码
输入:
4 5
1 2
2 4
3 4
4 5

输出:
8

(选择物品1和3,重量1+3=4,价值2+4=6;或物品2和3,重量2+3=5,价值4+4=8)

6. 两种写法对比

写法 数组维度 遍历顺序 空间复杂度
二维dp dp[N+1][V+1] 正序 O(NV)
一维dp(滚动数组) dp[V+1] 容量逆序 O(V)

一维写法是竞赛中最常用的,必须掌握。

7. 常见易错点

  • ❌ 容量循环写成正序 → 变成完全背包(物品可重复选)

  • ❌ 内层循环从 0 到 V → 同样错误

  • ❌ 忘记初始化 dp 为 0 → 默认值要保证正确

  • ❌ 边界条件:j >= w[i] 才更新,否则越界

8. 扩展:如果需要恰好装满

初始化时:

cpp

复制代码
dp[0] = 0;
for (int j = 1; j <= V; j++) dp[j] = -INF;

最后判断 dp[V] < 0 则无法恰好装满。

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