背包问题

习题预习

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给我5题Knapsack Problem的中文问题

ChatGPT answer:
  1. 有一个背包可以装重量为W的物品,在一个物品序列中,每个物品有一个特定的重量w[i]和价值v[i],请问最多可以装多少价值的物品?
  2. 有一个背包可以装重量为W的物品,在一个物品序列中,每个物品有一个特定的体积v[i]和价值w[i],请问最多可以装多少价值的物品?
  3. 有n个物品,每个物品有一个特定的重量w[i]和价值v[i],现在需要把它们分成两堆,使得两堆的总重量相等,请问这两堆物品的最大价值和是多少?
  4. 有n个物品,每个物品有一个特定的重量w[i]和价值v[i],现在有一个背包可以承重W,请问可以装多少件物品使得总价值最大?
  5. 有n个物品,每个物品有一个特定的体积v[i]和价值w[i],现在有一个背包可以承容量C,请问可以装多少件物品使得总价值最大?

说明知识

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以中文说明Knapsack Problem并举例

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背包问题(Knapsack Problem)是一个经典的组合优化问题,描述了如何从一个限制好重量和体积的背包中选择最有价值的物品,使得总体积不超过背包的容量。

举例来说,假设有一个容量为10的背包,而且有下列的一些物品:

物品重量价值
物品134
物品245
物品323
物品412
物品556

现在你需要从这些物品中选择出一些物品,放进背包中,使得它们的总重量不超过10,且它们的总价值要最大。设每个物品放或不放的状态为1或0,则可列出下列的决策矩阵:

物品12345
重量34215
价值45326

接着可以使用动态规划的方法来解决这个问题。设f(i, j)为在前i个物品中选择,且总重量不超过j的情况下,可以得到的最大价值。则可以得到下列的转移方程:

f(i, j) = max(f(i-1, j), f(i-1, j-w[i])+v[i]),其中w[i]表示第i个物品的重量,v[i]表示第i个物品的价值

最后,f(5, 10)即为答案,代表在这些物品中选出一些物品,可以得到的最大价值是18。

总括来说,背包问题是一种经典的组合优化问题,涉及到如何从多个物品中选择部分物品,并且使得它们的总体积或总重量不超过限制,同时总价值或总收益最大的问题。

条列重点

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以中文条列Knapsack Problem的重点

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  1. 定义:Knapsack Problem是一种最佳化问题,其目标是将限制容量的背包装满,同时维持最大总价值。

  2. 公式:knap(W, wt[], val[], n)表示在容量W下,从n个物品中选出最优组合,其中wt[]和val[]分别代表物品重量和价值。

  3. 算法:常见解决Knapsack Problem的算法有动态规划、贪心算法、分支定界算法等。

  4. 特点:Knapsack Problem的特点是NP完全问题,即算法解决困难度高,因此需要使用有效的求解方法。

  5. 应用:Knapsack Problem广泛应用于背包选择、投资组合优化、资源分配等领域。

知识测验

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以中文给我5题Knapsack Problem的中等难度问题,并在后面列出答案

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  1. 有一个背包可容纳重量为W的物品。现在有n件物品,每件物品的重量为wi,价值为vi。请问能够放入背包的物品中,总价值最大是多少?
    答案:经典的0/1背包问题

  2. 有一个背包可容纳重量为W的物品。现在有n件物品,每件物品的重量为wi,价值为vi,但是每件物品只能使用一定次数。请问能够放入背包的物品中,总价值最大是多少?
    答案:有限制的01背包问题

  3. 有一个背包可容纳重量为W的物品。现在有n件物品,每件物品的重量为wi,价值为vi,但是被放入背包后每件物品的价值会随时间推移而下降,下降的速率与时间有关,每单位时间价值下降d元。请问如何放置物品,使得背包内物品总价值的下降速率最小?
    答案:附带下降价值的背包问题

  4. 有一个背包可容纳重量为W的物品。现在有n件物品,每件物品有两个参数,重量wi和价值vi,且重量和价值均为整数。现在要求选择若干件物品放入背包中,使得满足以下条件:

  • 价值的总和最大化
  • 重量的总和小于等于W
  • 刚好选取k件物品
    请问如何选择物品以满足以上条件?
    答案:K背包问题
  1. 有一个背包可容纳重量为W的物品。现在有n件物品,每件物品都拥有多个属性,例如体积、重量、价值等等。现在要求选择若干件物品摆放至背包中,使得满足以下条件:
  • 满足所有物品的多个属性限制
  • 价值的总和最大化
    请问如何选择物品以满足以上条件?
    答案:多维背包问题