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背包问题

假设有一个背包的负重最多可达8公斤,而希望在背包中装入负重范围内可得之总价物品,假设是水果好了,水果的编号、单价与重量如下所示:

李子

4kg

nt$4500

1

苹果

5kg

nt$5700

2

橘子

2kg

nt$2250

3

草莓

1kg

nt$1100

4

甜瓜

6kg

nt$6700

解法背包问题是关于最佳化的问题,要解最佳化问题可以使用「动态规划」(dynamic programming),从空集合开始,每增加一个元素就先求出该阶段的最佳解,直到所有的元素加入至集合中,最后得到的就是最佳解。

以背包问题为例,我们使用两个阵列value与item,value表示目前的最佳解所得之总价,item表示最后一个放至背包的水果,假设有负重量 1~8的背包8个,并对每个背包求其最佳解。

逐步将水果放入背包中,并求该阶段的最佳解:

放入李子

背包负重

5

6

7

8

value

4500

9000

item

放入苹果

5700

放入橘子

2250

6750

7950

放入草莓

1100

3350

6800

9050

放入甜瓜

由最后一个表格,可以得知在背包负重8公斤时,最多可以装入9050元的水果,而最后一个装入的 水果是3号,也就是草莓,装入了草莓,背包只能再放入7公斤(8-1)的水果,所以必须看背包负重7公斤时的最佳解,最后一个放入的是2号,也就 是橘子,现在背包剩下负重量5公斤(7-2),所以看负重5公斤的最佳解,最后放入的是1号,也就是苹果,此时背包负重量剩下0公斤(5-5),无法 再放入水果,所以求出最佳解为放入草莓、橘子与苹果,而总价为9050元。

实作

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