如何在 Java 中利用数组实现简单的动态规划背包问题(0-1 Knapsack)价值矩阵

老强吖_4231

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2026-04-30

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原创

Java中用数组实现0-1背包问题的核心是构建二维dpi矩阵,表示前i个物品、容量w下的最大价值;初始化dpn+1,首行首列置0;按状态转移方程逐行填表;可回溯选中物品;还可优化为一维滚动数组。

在 java 中用数组实现 0-1 背包问题的价值矩阵,核心是构建一个二维数组 dp[i][w],表示前 i 个物品、背包容量为 w 时能获得的最大价值。它不依赖递归或额外库,仅靠循环和状态转移,适合初学动态规划理解“填表”过程。

定义二维 dp 数组并初始化

设物品数量为 n,背包最大容量为 capacity。声明 int[][] dp = new int[n + 1][capacity + 1] —— 行数 n+1 是为了包含“0 个物品”的边界情况,列数 capacity+1 覆盖从 0 到满容量的所有可能。

首行(i = 0)全为 0,因为没物品时价值恒为 0;首列(w = 0)也全为 0,因为容量为 0 时无法装入任何物品。

按状态转移方程逐行填充矩阵

对每个物品 i(从 1 到 n)和每个容量 w(从 0 到 capacity),按以下逻辑更新:

  • 若当前物品重量 weight[i-1] > w:装不下,继承上一行结果 → dp[i][w] = dp[i-1][w]
  • 否则:可选“不装”或“装”,取较大值 → dp[i][w] = Math.max(dp[i-1][w], dp[i-1][w - weight[i-1]] + value[i-1])

注意:物品数组下标从 0 开始,所以第 i 行对应第 i-1 个物品(如 weight[i-1])。

获取最大价值与回溯方案(可选)

填完后,dp[n][capacity] 就是最大总价值。

若需知道哪些物品被选中,可从 dp[n][capacity] 反向追踪:

  • 从 i = n, w = capacity 开始
  • 若 dp[i][w] != dp[i-1][w],说明第 i-1 个物品被选中,将它加入结果,并令 w -= weight[i-1]
  • 否则跳过,仅令 i--
  • 重复直到 i == 0

空间优化:滚动数组(一维实现)

观察发现每行只依赖上一行,可用一维数组 int[] dp = new int[capacity + 1] 替代二维。关键点是内层循环必须从 capacity 递减到 weight[i],避免同一物品被重复使用:

  • for (int w = capacity; w >= weight[i]; w--) {
  •   dp[w] = Math.max(dp[w], dp[w - weight[i]] + value[i]);
  • }

这样既节省内存,又保持 0-1 背包的“每件至多选一次”语义。

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