理解0-1背包问题使用一维数组的做法

最近在学习0-1背包问题的时候,发现了一种使用滚动数组的方法来使需要的空间从二维压缩成一维,但是这种压缩有一个条件,就是对于背包容量V的枚举必须是从右往左(即从最大容量开始枚举),而使用二维数组则没有这个限制。一开始也是没有想通原因,但是走了一遍流程之后就理解了这个问题。

以下面一个例子为例,w[i]表示物品的重量,c[i]表示物品的价值,背包容量V=8:

理解0-1背包问题使用一维数组的做法

当采用二维数组时,应该得到如下的矩阵:

理解0-1背包问题使用一维数组的做法

而采用一维数组时(这里把V扩充到10)

当I = 1时得dp数组

理解0-1背包问题使用一维数组的做法

当I = 2时,如果从左向右枚举:

理解0-1背包问题使用一维数组的做法

这个时候显然出现了问题,可以看到dp[10] = max(dp[10], dp[10-5]+5) = max(4, 5+5) = 10,而我们期望的值应该是9!

在自己手动模拟的时候,发现了原因是因为在从左到右枚举时,dp[5]已经被覆盖了,此时的dp[5]表示的含义是,当余量为5时,放入前两件物品的最大价值(等价于dp[2][5]),而dp[5]应该表示的真实含义是,当余量为5时,放入第一件物品的最大价值(等价于dp[1][5])。

也就是说从左到右枚举时,左边的数据都是脏数据(指被覆盖的数据),而右边的数据都是干净的数据,而每次计算时又会用到其左边的数据和其本身,因此会出现问题。而从右向左枚举时,右边的数据都是脏数据,而左边的数据都是干净的,因此没有问题。所以枚举必须要从右向左枚举!以下是一个图解:

理解0-1背包问题使用一维数组的做法

思考:对于完全背包问题,如果采用一维数组,则对V的枚举需要从左到右枚举。

其原因是因为按照其状态转移方程:

理解0-1背包问题使用一维数组的做法

这个时候我们可以看到,当计算dp[i][v]时,需要用到的数据是它左边的数据和它正上方的数据:

dp[i][v]表示的含义是不取第i个元素(此时剩余容量为v)和取第i个元素(此时剩余容量为v - w[i])的最大值,而v - w[i] 是需要事先就被计算好的(并且是需要脏数据,否则表示的含义是,在v-w[i]的空间中放置第i-1个元素的最大值),因此需要从左到右枚举。