算法中怎么使用动态规划解决经典背包问题与状态转移

浅敏酱_6056

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2026-08-07

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原创

0-1背包状态dpi表示前i个物品容量j的最大价值,转移为max(dpi-1, dpi-1]+v[i]);完全背包因可重复选,转移为max(dpi-1, dpi]+v[i]),需正序遍历。

算法中怎么使用动态规划解决经典背包问题与状态转移

动态规划解决背包问题,核心在于状态定义清晰、转移逻辑自然、实现方式贴合约束。不是套模板,而是理解“选或不选”这件事怎么在表格里一步步算出来。

0-1背包问题的状态定义与转移

状态 dp[i][j] 表示:考虑前 i 个物品,背包容量为 j 时能获得的最大价值。
这个定义直接对应问题目标——既要限制物品数量(前 i 个),又要控制空间(容量 j)。

转移只依赖两种决策:

  • 不选第 i 个物品 → 价值就是 dp[i-1][j]
  • 选第 i 个物品 → 前提是 j ≥ weight[i],此时价值为 dp[i-1][j - weight[i]] + value[i]

所以状态转移方程是:

dp[i][j] = max(dp[i-1][j], dp[i-1][j - w[i]] + v[i])

注意边界:当 j 时,第二项无效,只能取第一项。

完全背包问题的关键区别

每个物品可重复使用,状态定义仍是 dp[i][j](前 i 种物品,容量 j 的最大价值),但转移逻辑变了:

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  • 不选第 i 种 → dp[i-1][j]
  • 选第 i 种(至少一次)→ dp[i][j - w[i]] + v[i](注意这里是 i 而非 i-1,表示已选过该物品,还能再选)

方程变为:

dp[i][j] = max(dp[i-1][j], dp[i][j - w[i]] + v[i])

实现时,内层循环正序遍历容量(j 从 w[i] 到 W),才能复用当前轮更新过的值。

空间优化的实质

二维表中,dp[i][j] 只依赖上一行(i-1)和当前行左侧(i 行更小容量)。
因此可用一维数组滚动更新:

  • 0-1背包:内层 j 逆序遍历(避免刚更新的 dp[j-w] 被重复使用)
  • 完全背包:内层 j 正序遍历(允许同一物品多次贡献)

例如 0-1 背包的一维写法:

for (int i = 0; i = w[i]; j--) {
        dp[j] = Math.max(dp[j], dp[j - w[i]] + v[i]);
    }
}

初始化与边界处理

  • dp[0][j] = 0:没物品可选,价值必为 0
  • 若题目要求“恰好装满”,则除 dp[0][0] = 0 外,其余 dp[0][j] 设为负无穷(或非法标记),避免用无效状态参与转移
  • 实际编码中常用 -1 或极小值标记非法状态,更新时跳过

不复杂但容易忽略

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