hello-algo/codes/python/chapter_dynamic_programming/knapsack.py
2023-07-09 02:39:58 +08:00

99 lines
2.9 KiB
Python

"""
File: knapsack.py
Created Time: 2023-07-03
Author: Krahets (krahets@163.com)
"""
def knapsack_dfs(wgt, val, i, c):
"""0-1 背包:暴力搜索"""
# 若已选完所有物品或背包无容量,则返回价值 0
if i == 0 or c == 0:
return 0
# 若超过背包容量,则只能不放入背包
if wgt[i - 1] > c:
return knapsack_dfs(wgt, val, i - 1, c)
# 计算不放入和放入物品 i 的最大价值
no = knapsack_dfs(wgt, val, i - 1, c)
yes = knapsack_dfs(wgt, val, i - 1, c - wgt[i - 1]) + val[i - 1]
# 返回两种方案中价值更大的那一个
return max(no, yes)
def knapsack_dfs_mem(wgt, val, mem, i, c):
"""0-1 背包:记忆化搜索"""
# 若已选完所有物品或背包无容量,则返回价值 0
if i == 0 or c == 0:
return 0
# 若已有记录,则直接返回
if mem[i][c] != -1:
return mem[i][c]
# 若超过背包容量,则只能不放入背包
if wgt[i - 1] > c:
return knapsack_dfs_mem(wgt, val, mem, i - 1, c)
# 计算不放入和放入物品 i 的最大价值
no = knapsack_dfs_mem(wgt, val, mem, i - 1, c)
yes = knapsack_dfs_mem(wgt, val, mem, i - 1, c - wgt[i - 1]) + val[i - 1]
# 记录并返回两种方案中价值更大的那一个
mem[i][c] = max(no, yes)
return mem[i][c]
def knapsack_dp(wgt, val, cap):
"""0-1 背包:动态规划"""
n = len(wgt)
# 初始化 dp 表
dp = [[0] * (cap + 1) for _ in range(n + 1)]
# 状态转移
for i in range(1, n + 1):
for c in range(1, cap + 1):
if wgt[i - 1] > c:
# 若超过背包容量,则不选物品 i
dp[i][c] = dp[i - 1][c]
else:
# 不选和选物品 i 这两种方案的较大值
dp[i][c] = max(dp[i - 1][c - wgt[i - 1]] + val[i - 1], dp[i - 1][c])
return dp[n][cap]
def knapsack_dp_comp(wgt, val, cap):
"""0-1 背包:状态压缩后的动态规划"""
n = len(wgt)
# 初始化 dp 表
dp = [0] * (cap + 1)
# 状态转移
for i in range(1, n + 1):
# 倒序遍历
for c in range(cap, 0, -1):
if wgt[i - 1] > c:
# 若超过背包容量,则不选物品 i
dp[c] = dp[c]
else:
# 不选和选物品 i 这两种方案的较大值
dp[c] = max(dp[c - wgt[i - 1]] + val[i - 1], dp[c])
return dp[cap]
"""Driver Code"""
if __name__ == "__main__":
wgt = [10, 20, 30, 40, 50]
val = [60, 100, 120, 160, 200]
cap = 50
n = len(wgt)
# 暴力搜索
res = knapsack_dfs(wgt, val, n, cap)
print(res)
# 记忆化搜索
mem = [[-1] * (cap + 1) for _ in range(n + 1)]
res = knapsack_dfs_mem(wgt, val, mem, n, cap)
print(res)
# 动态规划
res = knapsack_dp(wgt, val, cap)
print(res)
# 状态压缩后的动态规划
res = knapsack_dp_comp(wgt, val, cap)
print(res)