01背包是在M件物品取出若干件放在空间为W的背包里，每件物品的体积为W1，W2至W来自n，与之相对应的价值为积光表司减取P1,P2至Pn。01背包是背包问题中最简单的问题。01背包的约束条件是给定几种物品，每种物品有且只有一个，并且有权值和体积两个属性。在01背包问题中，因为每种物品只有一个360百科，对于每个物品只语侵缩需要考虑选与不选两种情况。如果不选择将叫溶其放入背包中，则不需要处理。如果选择将其放入背包中，由于不清楚之前放入的物品占据了多大的空间，需要枚举将这个物品放入背包后可能占据背包空间的所有情况。

• 中文名称 01背包
• 外文名称 0-1 Knapsack
• 条件 M件物品取出若干放空间W的背包里
• 问题 求出获得最大价值的方案
• 类别 数学问题，计算机问题

背包问题

问题雏形

　　01背包题目的雏形是:

　　有N件物品和一个容量为V的背包。第i件物品的体积是c[i]，价值是w[i]。求解将哪些物品装入背包可使价值总和最大。

　　从土灯浓巴述这个题目中可以看出，01背包的特点就是:每种物品仅有一件，可以选择放或不放。

　　其状态转移方程是:

　　f[i][v]=max{f[i-1][v],f[i-1来自][v-c[i]360百科]+w[i]}

　　对于这方程极缺立茶川前余家急举哪其实并不难理解，方程之中，需队附来六要放置的是第i件物品，这件物品的体积是c[i],价值是w[i],因此f[i-1][v]代表的就是不将这件物品放入背包，而f[i-1][v-c[i厂村临商因陆措某班]]+w[i]则是代表将第i件放入背包之后的总价值，比较两者的价值，得出最大的非够处线价值存入现在的背包之中。

　　理解了这个方程后，将问析米亲依方程代入实际题目的应用之中，可得

问题描述

素注开留待生概备　　求出获得最大价值的方案。

　　注意:在本题中，所有的体积值均为整数。

算法分析

　　对于背包问题，通常的处理方法是搜索。

　　用递归来席素额完成搜索，算法设计如下:

　　这个算法的时间复杂度是O(2殖^n)，我们可以做一些简单的优化。

　　由于本题中的所有物品的体积均为整数，经过几次的选择后背包的剩余空间可能会相等，在搜索中会重复计算这些结点，所以，如果我们把搜索过程中计算过的结点的值记录下来，以保证不重复计算的话，速度就会提高很多。这是简单的"以空间换时祖上资缩要站啊历回间"。

　　我们发现，由于这些计算过程中会出现重叠的结点，符合动态规划中子问题重叠的性质。

　止策食　同时，可以看出如果通过第N次选择得到的是一个最优解的话，那么第N-1次选择的结果一定也是一个最优解。这符合动态规划中最优子问题的性之质。

解决方案

　　考虑用动态规划的方法来解决，这里的:

　调伤卷四派言圆　阶段:在前N件物品中，选取若干件物品放入背包中

　　状态只走不前妈效育战信:在前N件物品中，选取若干件物品放入所剩空间为W的背包中的所能获联袁且色殖武因践确得的最大价值

　　决策:第N件物品放或者不放

　　由此可以写出动态转移方程:

　　我们用f[i][j]表示在前 i 免件物品中选择若干件放在已用空间为 j 的背包里所能获得的最大价值

　　这个方程非常重要，基本上所包粒有跟背包相关的问题的方程都是由它衍生出来的。所以有必要将它详细解释一下:"将前i件物品放入乐牛印书容量为v的背包中"这个子问题，若只考虑第i件物品的策略(放或不放)，那么就可以转化为一个只牵扯前i-1件物品的问题。如果不放第i件物品，那么问题就转化为"前i-1件物品放入容量为v的背包中"，价值为f[v];如果放第i件物品，那么问题就转化为"前i-1件物品放入已用的容量为c的背包中"，此时能获得的最大价值就是f[c]再加上通过放入第i件物品获得的价值w。

　　这样，我们可以自底向上地得出在前M件物品中取出若干件放进背包能获得的最大价值，也就是f[m,w]

　　算法设计如下:

　　由于是用了一个二重循环，这个算法的时间复杂度是O(n*w)。而用搜索的时候，当出现最坏的情况，也就是所有的结点都没有重叠，那么它的时间复杂度是O(2^n)。看上去前者要快很多。但是，可以发现在搜索中计算过的结点在动态规划中也全都要计算，而且这里算得更多(有一些在最后没有派上用场的结点我们也必须计算)，在这一点上好像是矛盾的。

　　事实上，由于我们定下的前提是:所有的结点都没有重叠。也就是说，任意N件物品的重量相加都不能相等，而所有物品的重量又都是整数，那么这个时候W的最小值是:1+2+2^2+2^3+……+2^n-1=2^n -1

　　此时n*w>2^n，动态规划比搜索还要慢~~|||||||所以，其实背包的总容量W和重叠的结点的个数是有关的。

　　考虑能不能不计算那些多余的结点……

优化复杂度

　　以上方法的时间和空间复杂度均为O(N*V)，其中时间复杂度基本已经不能再优化了，但空间复杂度却可以优化到O(V)。

　　先考虑上面讲的基本思路如何实现，肯定是有一个主循环i=1..N，每次算出来二维数组f[0..V]的所有值。那么，如果只用一个数组f[0..V]，能不能保证第i次循环结束后f[v]中表示的就是我们定义的状态f[v]呢?f[v]是由f[v]和f[v-c]两个子问题递推而来，能否保证在推f[v]时(也即在第i次主循环中推f[v]时)能够得到f[v]和f[v-c]的值呢?事实上，这要求在每次主循环中我们以v=V..0的顺序推f[v]，这样才能保证推f[v]时f[v-c]保存的是状态f[v-c]的值。伪代码如下:

　　for i=1..N

　　for v=V..0

　　f[v]=max{f[v],f[c]+w};

　　其中的f[v]=max{f[v],f[c]}一句恰就相当于我们的转移方程f[v]=max{f[v],f[c]}，因为现在的f[c]就相当于原来的f[c]。如果将v的循环顺序从上面的逆序改成顺序的话，那么则成了f[v]由f[c]推知，与本题意不符，但它却是另一个重要的背包问题P02最简捷的解决方案，故学习只用一维数组解01背包问题是十分必要的。

　　事实上，使用一维数组解01背包的程序在后面会被多次用到，所以这里抽象出一个处理一件01背包中的物品过程，以后的代码中直接调用不加说明。

　　过程ZeroOnePack，表示处理一件01背包中的物品，两个参数cost、weight分别表明这件物品的费用和价值。

　　procedure ZeroOnePack(cost,weight)

　　for v=V..cost

　　f[v]=max{f[v],f[v-cost]+weight}

　　注意这个过程里的处理与前面给出的伪代码有所不同。前面的示例程序写成v=V..0是为了在程序中体现每个状态都按照方程求解了，避免不必要的思维复杂度。而这里既然已经抽象成看作黑箱的过程了，就可以加入优化。费用为cost的物品不会影响状态f[0..cost-1]，这是显然的。

　　有了这个过程以后，01背包问题的伪代码就可以这样写:

　　for i=1..N

　　ZeroOnePack(c,w);

细节问题

　　我们看到的求最优解的背包问题题目中，事实上有两种不太相同的问法。有的题目要求"恰好装满背包"时的最优解，有的题目则并没有要求必须把背包装满。一种区别这两种问法的实现方法是在初始化的时候有所不同。

　　如果是第一种问法，要求恰好装满背包，那么在初始化时除了f[0]为0其它f[1..V]均设为-∞，这样就可以保证最终得到的f[N]是一种恰好装满背包的最优解。

　　如果并没有要求必须把背包装满，而是只希望价格尽量大，初始化时应该将f[0..V]全部设为0。

　　为什么呢?可以这样理解:初始化的f数组事实上就是在没有任何物品可以放入背包时的合法状态。如果要求背包恰好装满，那么此时只有容量为0的背包可能被价值为0的nothing"恰好装满"，其它容量的背包均没有合法的解，属于未定义的状态，它们的值就都应该是-∞了。如果背包并非必须被装满，那么任何容量的背包都有一个合法解"什么都不装"，这个解的价值为0，所以初始时状态的值也就全部为0了。

　　这个小技巧完全可以推广到其它类型的背包问题，后面也就不再对进行状态转移之前的初始化进行讲解。

小结

　　01背包问题是最基本的背包问题，它包含了背包问题中设计状态、方程的最基本思想，另外，别的类型的背包问题往往也可以转换成01背包问题求解。故一定要仔细体会上面基本思路的得出方法，状态转移方程的意义，以及最后怎样优化的空间复杂度。

例题

　　装箱问题

　　描述 Description :

　　有一个箱子容量为V(正整数，0≤V≤20000)，同时有n个物品(0小于n≤30)，每个物品有一个体积(正整数)。要求从n个物品中，任取若干个装入箱内，使箱子的剩余空间为最小。

　　输入v，n，在输入n个物品。

　　输出箱子的剩余空间为最小。

　　输入 Input :

　　24 (一个整数，表示箱子容量)

　　6 (一个整数 [ 即n ] ，表示有n个物品)

　　8 (接下来n行，分别表示这n个物品的各自体积。)

　　3

　　12

　　7

　　9

　　7

　　输出 Output

　　0 ( 一个整数，表示箱子剩余空间。)

　　分析

　　转化为01背包，认为每个物品的价值相等，用0/1背包求出价值最大值，在用空间减去价值最大值即可

　　Pascal 程序

　　C++程序