背包問題

習題預習

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給我5題Knapsack Problem的中文問題

ChatGPT answer:
  1. 有一個背包可以裝重量為W的物品,在一個物品序列中,每個物品有一個特定的重量w[i]和價值v[i],請問最多可以裝多少價值的物品?
  2. 有一個背包可以裝重量為W的物品,在一個物品序列中,每個物品有一個特定的體積v[i]和價值w[i],請問最多可以裝多少價值的物品?
  3. 有n個物品,每個物品有一個特定的重量w[i]和價值v[i],現在需要把它們分成兩堆,使得兩堆的總重量相等,請問這兩堆物品的最大價值和是多少?
  4. 有n個物品,每個物品有一個特定的重量w[i]和價值v[i],現在有一個背包可以承重W,請問可以裝多少件物品使得總價值最大?
  5. 有n個物品,每個物品有一個特定的體積v[i]和價值w[i],現在有一個背包可以承容量C,請問可以裝多少件物品使得總價值最大?

說明知識

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以中文說明Knapsack Problem並舉例

ChatGPT answer:

背包問題(Knapsack Problem)是一個經典的組合優化問題,描述了如何從一個限制好重量和體積的背包中選擇最有價值的物品,使得總體積不超過背包的容量。

舉例來說,假設有一個容量為10的背包,而且有下列的一些物品:

物品重量價值
物品134
物品245
物品323
物品412
物品556

現在你需要從這些物品中選擇出一些物品,放進背包中,使得它們的總重量不超過10,且它們的總價值要最大。設每個物品放或不放的狀態為1或0,則可列出下列的決策矩陣:

物品12345
重量34215
價值45326

接著可以使用動態規劃的方法來解決這個問題。設f(i, j)為在前i個物品中選擇,且總重量不超過j的情況下,可以得到的最大價值。則可以得到下列的轉移方程:

f(i, j) = max(f(i-1, j), f(i-1, j-w[i])+v[i]),其中w[i]表示第i個物品的重量,v[i]表示第i個物品的價值

最後,f(5, 10)即為答案,代表在這些物品中選出一些物品,可以得到的最大價值是18。

總括來說,背包問題是一種經典的組合優化問題,涉及到如何從多個物品中選擇部分物品,並且使得它們的總體積或總重量不超過限制,同時總價值或總收益最大的問題。

彙總重點

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以中文條列Knapsack Problem的重點

ChatGPT answer:
  1. 定義:Knapsack Problem是一種最佳化問題,其目標是將限制容量的背包裝滿,同時維持最大總價值。

  2. 公式:knap(W, wt[], val[], n)表示在容量W下,從n個物品中選出最優組合,其中wt[]和val[]分別代表物品重量和價值。

  3. 算法:常見解決Knapsack Problem的算法有動態規劃、貪心算法、分支定界算法等。

  4. 特點:Knapsack Problem的特點是NP完全問題,即算法解決困難度高,因此需要使用有效的求解方法。

  5. 應用:Knapsack Problem廣泛應用於背包選擇、投資組合優化、資源分配等領域。

知識測驗

User ask:
以中文給我5題Knapsack Problem的中等難度問題,並在後面列出答案

ChatGPT answer:
  1. 有一個背包可容納重量為W的物品。現在有n件物品,每件物品的重量為wi,價值為vi。請問能夠放入背包的物品中,總價值最大是多少?
    答案:經典的0/1背包問題

  2. 有一個背包可容納重量為W的物品。現在有n件物品,每件物品的重量為wi,價值為vi,但是每件物品只能使用一定次數。請問能夠放入背包的物品中,總價值最大是多少?
    答案:有限制的01背包問題

  3. 有一個背包可容納重量為W的物品。現在有n件物品,每件物品的重量為wi,價值為vi,但是被放入背包後每件物品的價值會隨時間推移而下降,下降的速率與時間有關,每單位時間價值下降d元。請問如何放置物品,使得背包內物品總價值的下降速率最小?
    答案:附帶下降價值的背包問題

  4. 有一個背包可容納重量為W的物品。現在有n件物品,每件物品有兩個參數,重量wi和價值vi,且重量和價值均為整數。現在要求選擇若干件物品放入背包中,使得滿足以下條件:

  • 價值的總和最大化
  • 重量的總和小於等於W
  • 剛好選取k件物品
    請問如何選擇物品以滿足以上條件?
    答案:K背包問題
  1. 有一個背包可容納重量為W的物品。現在有n件物品,每件物品都擁有多個屬性,例如體積、重量、價值等等。現在要求選擇若干件物品擺放至背包中,使得滿足以下條件:
  • 滿足所有物品的多個屬性限制
  • 價值的總和最大化
    請問如何選擇物品以滿足以上條件?
    答案:多維背包問題