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1 | 3 | 4 |
物品2 | 4 | 5 |
物品3 | 2 | 3 |
物品4 | 1 | 2 |
物品5 | 5 | 6 |
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 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
---|---|---|---|---|---|
重量 | 3 | 4 | 2 | 1 | 5 |
價值 | 4 | 5 | 3 | 2 | 6 |
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
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
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: