背包问题(Knapsack problem)是一种组合优化的 NP 完全问题,其问题描述为:
给定一组物品,每种物品都有自己的重量和价格,在限定的总重量内,如何选择才
能使得物品的总价格最高。这个问题名称来源于如何选择最合适的物品放置于给定
背包中。相似问题经常出现在商业、组合数学、计算复杂性理论、密码学和应用数
学等领域中。
背包问题有多种形式,例如 01 背包问题,即每种物品仅有一件,可以选择放或不
放;还有多重背包问题,即每种物品有多件,可以选择放入多件。解决背包问题的
方法包括动态规划、分支定界法、回溯算法和近似算法等。
背包问题在实际生活中也有很多应用,如物品装载问题,在物流、货运、仓储管理
等领域中,需要选择合适的物品装载方案,使得装载的物品总价值最大、总重量不
超过背包的承载能力;旅行计划问题,在旅行规划中,需要选择一些物品或景点,
使得旅行所需的总费用最小或旅行的总体体验最佳;资源分配问题,在资源分配和
资源规划中,背包问题可以用来确定如何分配有限的资源(例如资金、人力、时间
等),以最大化效益。
背包问题是一类经典的优化问题,在组合数学、计算机科学等领域中都有广泛的研
究。该问题可以描述为:给定一组物品,每种物品都有自己的重量和价值,在限定
的总重量内,如何选择物品才能使得物品的总价值最大。这个问题看似简单,但实
际上蕴含着丰富的数学原理和优化思想。
背包问题有多种不同的变种,其中最常见的是 01 背包问题和完全背包问题。01 背
包问题中,每种物品只有一件,可以选择放或不放;而完全背包问题中,每种物品
有无限件,可以选择放多件。在本文中,我们将以 01 背包问题为例,进行详细描
述,并使用 C 语言实现一个简单的例子。
问题描述
假设我们有 n 种物品和一个容量为 W 的背包。第 i 种物品的重量是 weight[i],价
值是 value[i]。在不超过背包容量的前提下,如何选择物品放入背包,使得背包内
物品的总价值最大?
动态规划解法
01 背包问题可以使用动态规划(Dynamic Programming,DP)来解决。我们定义
一个二维数组 dp,其中 dp[i][j]表示在前 i 种物品中,选择总重量不超过 j 的物品,
可以得到的最大价值。