定量背包0-1

Question

我正在编写具有多个约束的背包 0-1 的变体。除了重量约束之外，我还有数量约束，但在本例中，我想解决背包问题，因为我的背包中需要恰好有 n 件物品，且重量小于或等于 W。目前正在为简单的 0-1 案例实现一个动态编程 ruby​​ 解决方案，基于http://rosettacode.org/wiki/Knapsack_problem/0-1#Ruby上 Rosetta Code 的代码。

实施固定数量限制的最佳方式是什么？

Answer 1

您可以向表中添加第三个维度：项目数。所包含的每个项目都会增加重量维度中的重量和计数维度中的计数。

def dynamic_programming_knapsack(problem)
  num_items = problem.items.size
  items = problem.items
  max_cost = problem.max_cost
  count = problem.count
  cost_matrix = zeros(num_items, max_cost+1, count+1)

  num_items.times do |i|
    (max_cost + 1).times do |j|
      (count + 1).times do |k|
        if (items[i].cost > j) or (1 > k)
          cost_matrix[i][j][k] = cost_matrix[i-1][j][k]
        else
          cost_matrix[i][j][k] = [
              cost_matrix[i-1][j][k],
              items[i].value + cost_matrix[i-1][j-items[i].cost][k-1]
            ].max
        end
      end
    end
  end
  cost_matrix
end

要找到解决方案（选择哪些项目），您需要查看网格 和的cost_matrix[num_items-1][j][k]所有值，并找到具有最大值的单元格。jk

一旦找到获胜的单元格，您需要向后追踪到起点 ( i = j = k = 0)。在您检查的每个单元格上，您需要确定是否i使用物品到达此处。

def get_used_items(problem, cost_matrix)
  itemIndex = problem.items.size - 1
  currentCost = -1
  currentCount = -1
  marked = Array.new(cost_matrix.size, 0) 

  # Locate the cell with the maximum value
  bestValue = -1
  (problem.max_cost + 1).times do |j|
    (problem.count + 1).times do |k|
      value = cost_matrix[itemIndex][j][k]
      if (bestValue == -1) or (value > bestValue)
        currentCost = j
        currentCount = k
        bestValue = value
      end
    end
  end

  # Trace path back to the start
  while(itemIndex >= 0 && currentCost >= 0 && currentCount >= 0)
    if (itemIndex == 0 && cost_matrix[itemIndex][currentCost][currentCount] > 0) or
        (cost_matrix[itemIndex][currentCost][currentCount] != cost_matrix[itemIndex-1][currentCost][currentCount])
      marked[itemIndex] = 1
      currentCost -= problem.items[itemIndex].cost
      currentCount -= 1
    end
    itemIndex -= 1
  end
  marked
end