动态规划之01背包问题及改进

背包问题九讲目录第一讲01背包问题第二讲完全背包问题第三讲多重背包问题第四讲混合三种背包问题第五讲二维费用的背包问题第六讲分组的背包问题第七讲有依赖的背包问题第八讲泛化物品第九讲背包问题问法的变化附录一：USACO中的背包问题附录二：背包问题的搜索解法P01: 01背包问题题目有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。

基本思路这是最基础的背包问题，特点是：每种物品仅有一件，可以选择放或不放。

用子问题定义状态：即f[i][v]表示前i件物品恰放入一个容量为v的背包可以获得的最大价值。

则其状态转移方程便是：f[i][v]=max{f[i-1][v],f[i-1][v-c[i]]+w[i]}这个方程非常重要，基本上所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[i-1][v]；如果放第i件物品，那么问题就转化为“前i-1件物品放入剩下的容量为v-c[i]的背包中”，此时能获得的最大价值就是f[i-1][v-c[i]]再加上通过放入第i件物品获得的价值w[i]。

优化空间复杂度以上方法的时间和空间复杂度均为O(VN)，其中时间复杂度应该已经不能再优化了，但空间复杂度却可以优化到O。

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[i][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[i][v]呢？f[i][v]是由f[i-1][v]和f[i-1][v-c[i]]两个子问题递推而来，能否保证在推f[i][v]时（也即在第i次主循环中推f[v]时）能够得到f[i-1][v]和f[i-1][v-c[i]]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[i]]保存的是状态f[i-1][v-c[i]]的值。

1.资源问题1-----机器分配问题F[I,j]:=max(f[i-1,k]+w[i,j-k])2.资源问题2------01背包问题F[I,j]:=max(f[i-1,j-v[i]]+w[i],f[i-1,j]);3.线性动态规划1-----朴素最长非降子序列F[i]:=max{f[j]+1}4.剖分问题1-----石子合并F[i,j]:=min(f[i,k]+f[k+1,j]+sum[i,j]);5.剖分问题2-----多边形剖分F[I,j]:=min(f[i,k]+f[k,j]+a[k]*a[j]*a[i]);6.剖分问题3------乘积最大f[i,j]:=max(f[k,j-1]*mult[k,i]);7.资源问题3-----系统可靠性(完全背包)F[i,j]:=max{f[i-1,j-c[i]*k]*P[I,x]}8.贪心的动态规划1-----快餐问题F[i,j,k]:=max{f[i-1,j',k']+(T[i]-(j-j')*p1-(k-k')*p2) div p3}9.贪心的动态规划2-----过河f[i]=min{{f(i-k)} (not stone[i]){f(i-k)}+1} (stone[i]); +贪心压缩状态10.剖分问题4-----多边形-讨论的动态规划F[i,j]:=max{正正 f[I,k]*f[k+1,j];负负 g[I,k]*f[k+1,j];正负 g[I,k]*f[k+1,j];负正 f[I,k]*g[k+1,j];} g为min11.树型动态规划1-----加分二叉树 (从两侧到根结点模型)F[I,j]:=max{f[I,k-1]*f[k+1,j]+c[k]}12.树型动态规划2-----选课 (多叉树转二叉树,自顶向下模型)F[I,j]表示以i为根节点选j门功课得到的最大学分f[i,j]:=max{f[t[i].l,k]+f[t[i].r,j-k-1]+c[i]}13.计数问题1-----砝码称重f[f[0]+1]=f[j]+k*w[j];(1<=i<=n; 1<=j<=f[0]; 1<=k<=a[i];)14.递推天地1------核电站问题f[-1]:=1; f[0]:=1;f[i]:=2*f[i-1]-f[i-1-m]15.递推天地2------数的划分f[i,j]:=f[i-j,j]+f[i-1,j-1];16.最大子矩阵1-----一最大01子矩阵f[i,j]:=min(f[i-1,j],v[i,j-1],v[i-1,j-1])+1;ans:=maxvalue(f);17.判定性问题1-----能否被4整除g[1,0]:=true; g[1,1]:=false; g[1,2]:=false; g[1,3]:=false; g[i,j]:=g[i-1,k] and ((k+a[i,p]) mod 4 = j)18.判定性问题2-----能否被k整除f[I,j±n[i] mod k]:=f[i-1,j]; -k<=j<=k; 1<=i<=n20.线型动态规划2-----方块消除游戏f[i,i-1,0]:=0f[i,j,k]:=max{f[i,j-1,0]+sqr(len(j)+k),f[i,p,k+len[j]]+f[p+1,j-1,0]}ans:=f[1,m,0]21.线型动态规划3-----最长公共子串，LCS问题f[i,j]={0(i=0)&(j=0);f[i-1,j-1]+1(i>0,j>0,x[i]=y[j]);max{f[i,j-1]+f[i-1,j]}} (i>0,j>0,x[i]<>y[j]);22.最大子矩阵2-----最大带权01子矩阵O(n^2*m)枚举行的起始，压缩进数列，求最大字段和，遇0则清零23. 资源问题4-----装箱问题(判定性01背包)f[j]:=(f[j] or f[j-v[i]]);24.数字三角形1-----朴素の数字三角形f[i,j]:=max(f[i+1,j]+a[I,j],f[i+1,j+1]+a[i,j]);25.数字三角形2-----晴天小猪历险记之Hill同一阶段上暴力动态规划if[i,j]:=min(f[i,j-1],f[I,j+1],f[i-1,j],f[i-1,j-1])+a[i,j]26.双向动态规划1数字三角形3-----小胖办证f[i,j]:=max(f[i-1,j]+a[i,j],f[i,j-1]+a[i,j],f[i,j+1]+a[i,j])27. 数字三角形4-----过河卒//边界初始化f[i,j]:=f[i-1,j]+f[i,j-1];28.数字三角形5-----朴素的打砖块f[i,j,k]:=max(f[i-1,j-k,p]+sum[i,k],f[i,j,k]);29.数字三角形6-----优化的打砖块f[I,j,k]:=max{g[i-1,j-k,k-1]+sum[I,k]}30.线性动态规划3-----打鼹鼠’f[i]:=f[j]+1;(abs(x[i]-x[j])+abs(y[i]-y[j])<=t[i]-t[j])31.树形动态规划3-----贪吃的九头龙⎭⎬⎫⎩⎨⎧======⎭⎬⎫⎩⎨⎧+-++--+=0))2()0(&)0(())1(&)1((1],[]][,[*]0,[],',[]0,',[]][,[*]1,[],1',[]1,',[min ],,[m and j i or j i j i d i p i w k d k j j r f j l f i p i w k d k j j r f j l f k j i f32.状态压缩动态规划1-----炮兵阵地Max(f[Q*(r+1)+k],g[j]+num[k])If (map[i] and plan[k]=0) and((plan[P] or plan[q]) and plan[k]=0)33.递推天地3-----情书抄写员f[i]:=f[i-1]+k*f[i-2]34.递推天地4-----错位排列f[i]:=(i-1)(f[i-2]+f[i-1]);f[n]:=n*f[n-1]+(-1)^(n-2);35.递推天地5-----直线分平面最大区域数f[n]:=f[n-1]+n:=n*(n+1) div 2 + 1;36.递推天地6-----折线分平面最大区域数f[n]:=(n-1)(2*n-1)+2*n;37.递推天地7-----封闭曲线分平面最大区域数f[n]:=f[n-1]+2*(n-1):=sqr(n)-n+2;38递推天地8-----凸多边形分三角形方法数f[n]:=C(2*n-2,n-1) div n;对于k 边形f[k]:=C(2*k-4,k-2) div (k-1); //(k>=3)39递推天地9-----Catalan 数列一般形式1,1,2,5,14,42,132f[n]:=C(2k,k) div (k+1);40递推天地10-----彩灯布置排列组合中的环形染色问题f[n]:=f[n-1]*(m-2)+f[n-2]*(m-1); (f[1]:=m; f[2]:=m(m-1);41线性动态规划4-----找数线性扫描sum:=f[i]+g[j];(if sum=Aim then getout; if sum<Aim then inc(i) else inc(j);)42线性动态规划5-----隐形的翅膀min:=min{abs(w[i]/w[j]-gold)};if w[i]/w[j]<gold then inc(i) else inc(j);43剖分问题5-----最大奖励f[i]:=max(f[i],f[j]+(sum[j]-sum[i])*i-t44最短路1-----Floydf[i,j]:=max(f[i,j],f[i,k]+f[k,j]);ans[q[i,j,k]]:=ans[q[i,j,k]]+s[i,q[i,j,k]]*s[q[i,j,k],j]/s[i,j];45 剖分问题6-----小H 的小屋F[l,m,n]:=f[l-x,m-1,n-k]+S(x,k);46 计数问题2-----陨石的秘密（排列组合中的计数问题）Ans[l1,l2,l3,D]:=f[l1+1,l2,l3,D+1]-f[l1+1,l2,l3,D];F[l1,l2,l3,D]:=Sigma(f[o,p,q,d-1]*f[l1-o,l2-p,l3-q,d]);47 线性动态规划------合唱队形两次F[i]:=max{f[j]+1}＋枚举中央结点48 资源问题------明明的预算方案：加花的动态规划f[i,j]:=max(f[i,j],f[l,j-v[i]-v[fb[i]]-v[fa[i]]]+v[i]*p[i]+v[fb[i]]*p[fb[i]]+v[fa[i]]*p[fa[i]]);49 资源问题-----化工场装箱员[,[1,],[1,]][,,]:min [,[1,],[1,]]1[10,[1,10],[1,10]f n i getA n n i j getB n n i f n i j f n j i getA n n j getB n n j f n i j i getA n n i j j getB n n i j ++++++⎧⎫⎪⎪=+++++++⎨⎬⎪⎪+--+++--+++--⎩⎭-----聚会的快乐f[i,2]:=max(f[i,0],f[i,1]);f[i,1]:=sigma(f[t[i]^.son,0]);f[i,0]:=sigma(f[t[i]^.son,3]);51树形动态规划-----皇宫看守f[i,2]:=max(f[i,0],f[i,1]);f[i,1]:=sigma(f[t[i]^.son,0]);f[i,0]:=sigma(f[t[i]^.son,3]);52递推天地-----盒子与球f[i,1]:=1;f[i,j]:=j*(f[i-1,j-1]+f[i-1,j]);53双重动态规划-----有限的基因序列f[i]:=min{f[j]+1}g[c,i,j]:=(g[a,i,j] and g[b,i,j]) or (g[c,i,j])54最大子矩阵问题-----居住空间f[i,j,k]:=min(min(min(f[i-1,j,k],f[i,j-1,k]),min(f[i,j,k-1],f[i-1,j-1,k])),min(min(f[i-1,j,k-1],f[i,j-1,k-1]),f[i-1,j-1,k-1]))+1;55线性动态规划------日程安排f[i]:=max{f[j]}+P[I]; (e[j]<s[i])56递推天地------组合数C[I,j]:=C[i-1,j]+C[I-1,j-1]C[I,0]:=157树形动态规划-----有向树k中值问题F[I,r,k]:=max{max{f[l[i],I,j]+f[r[i],I,k-j-1]},f[f[l[i],r,j]+f[r[i],r,k-j]+w[I,r]]}58树形动态规划-----CTSC 2001选课F[I,j]:=w[i](if i∈P)+f[l[i],k]+f[r[i],m-k](0≤k≤m)(if l[i]<>0)-----多重历史f[i,j]:=sigma{f[i-k,j-1]}(if checked)60背包问题(+-1背包问题+回溯)-----CEOI1998 Substractf[i,j]:=f[i-1,j-a[i]] or f[i-1,j+a[i]]61线性动态规划(字符串)-----NOI 2000 古城之谜f[i,1,1]:=min{f[i+length(s),2,1],f[i+length(s),1,1]+1}f[i,1,2]:=min{f[i+length(s),1,2]+words[s],f[i+length(s),1,2]+words[s]}62线性动态规划-----最少单词个数f[i,j]:=max{f[I,j],f[u-1,j-1]+l}63线型动态规划-----APIO2007 数据备份状态压缩＋剪掉每个阶段j前j*2个状态和j*2+200后的状态贪心动态规划f[i]:=min(g[i-2]+s[i],f[i-1]);64树形动态规划-----APIO2007 风铃f[i]:=f[l]+f[r]+{1 (if c[l]<c[r])}g[i]:=1(d[l]<>d[r]) 0(d[l]=d[r])g[l]=g[r]=1 then Halt;65地图动态规划-----NOI 2005 adv19910F[t,i,j]:=max{f[t-1,i-dx[d[[t]],j-dy[d[k]]]+1],f[t-1,i,j];66地图动态规划-----优化的NOI 2005 adv19910F[k,i,j]:=max{f[k-1,i,p]+1} j-b[k]<=p<=j;67目标动态规划-----CEOI98 subtraF[I,j]:=f[I-1,j+a[i]] or f[i-1,j-a[i]]68目标动态规划----- Vijos 1037搭建双塔问题F[value,delta]:=g[value+a[i],delta+a[i]] or g[value,delta-a[i]]69树形动态规划-----有线电视网f[i,p]:=max(f[i,p],f[i,p-q]+f[j,q]-map[i,j])leaves[i]>=p>=l, 1<=q<=p;70地图动态规划-----vijos某题F[I,j]:=min(f[i-1,j-1],f[I,j-1],f[i-1,j]);71最大子矩阵问题-----最大字段和问题f[i]:=max(f[i-1]+b[i],b[i]); f[1]:=b[1]72最大子矩阵问题-----最大子立方体问题枚举一组边i的起始，压缩进矩阵 B[I,j]+=a[x,I,j]枚举另外一组边的其实，做最大子矩阵73括号序列-----线型动态规划f[I,j]:=min(f[I,j],f[i+1,j-1](s[i]s[j]=”()”or(”[]”)),f[I+1,j+1]+1 (s[j]=”(”or”[” ] , f[I,j-1]+1(s[j]=”)”or”]” )74棋盘切割-----线型动态规划f[k,x1,y1,x2,y2]=min{min{f[k-1,x1,y1,a,y2]+s[a+1,y1,x2,y2],f[k-1,a+1,y1,x2,y2]+s[x1,y1,a,y2]min{}}75概率动态规划-----聪聪和可可(NOI2005)x:=p[p[i,j],j]f[I,j]:=(f[x,b[j,k]]+f[x,j])/(l[j]+1)+1f[I,i]=0f[x,j]=176概率动态规划-----血缘关系F[A, B]=(f[A0, B]+P[A1, B])/2f[I,i]=1f[I,j]=0(I,j无相同基因)77线性动态规划-----决斗F[I,j]=(f[I,j] and f[k,j]) and (e[I,k] or e[j,k]),i<k<j78线性动态规划-----舞蹈家F[x,y,k]=min(f[a[k],y,k+1]+w[x,a[k]],f[x,a[k],k+1]+w[y,a[k]])79线性动态规划-----积木游戏F[I,a,b,k]=max(f[I,a+1,b,k],f[i+1,a+1,a+1,k’],f[I,a+1,a+1,k’])80树形动态规划（双次记录）-----NOI2003 逃学的小孩朴素的话枚举节点i和离其最远的两个节点 j,k O(n^2)每个节点记录最大的两个值，并记录这最大值分别是从哪个相邻节点传过来的。

背包问题九讲 2.0 alpha1崔添翼 (Tianyi Cui,a.k.a.dd_engi)September 15,2011本文题为《背包问题九讲》，从属于《动态规划的思考艺术》系列。

这系列文章的第一版于2007年下半年使用EmacsMuse制作，以HTML格式发布到网上，转载众多，有一定影响力。

2011年9月，本系列文章由原作者用L A T E X重新制作并全面修订，您现在看到的是2.0 alpha1版本，修订历史及最新版本请访问https:///tianyicui/ pack查阅。

本文版权归原作者所有，采用CC BY-NC-SA协议发布。

Contents101背包问题21.1题目 (2)1.2基本思路 (2)1.3优化空间复杂度 (3)1.4初始化的细节问题 (3)1.5一个常数优化 (4)1.6小结 (4)2完全背包问题42.1题目 (4)2.2基本思路 (4)2.3一个简单有效的优化 (5)2.4转化为01背包问题求解 (5)2.5O(V N)的算法 (5)2.6小结 (6)3多重背包问题63.1题目 (6)3.2基本算法 (6)3.3转化为01背包问题 (7)3.4O(VN)的算法 (7)3.5小结 (7)4混合三种背包问题84.1问题 (8)4.201背包与完全背包的混合 (8)4.3再加上多重背包 (8)4.4小结 (8)15二维费用的背包问题95.1问题 (9)5.2算法 (9)5.3物品总个数的限制 (9)5.4复整数域上的背包问题 (9)5.5小结 (9)6分组的背包问题106.1问题 (10)6.2算法 (10)6.3小结 (10)7有依赖的背包问题107.1简化的问题 (10)7.2算法 (10)7.3较一般的问题 (11)7.4小结 (11)8泛化物品118.1定义 (11)8.2泛化物品的和 (12)8.3背包问题的泛化物品 (12)8.4小结 (13)9背包问题问法的变化139.1输出方案 (13)9.2输出字典序最小的最优方案 (13)9.3求方案总数 (14)9.4最优方案的总数 (14)9.5求次优解、第K优解 (14)9.6小结 (15)101背包问题1.1题目有N件物品和一个容量为V的背包。

背包问题九讲2.0RC1崔添翼(Tianyi Cui)*2011-09-28†本文题为《背包问题九讲》，从属于《动态规划的思考艺术》系列。

这系列文章的第一版于2007年下半年使用EmacsMuse制作，以HTML格式发布到网上，转载众多，有一定影响力。

2011年9月，本系列文章由原作者用L A T E X重新制作并全面修订，您现在看到的是2.0alpha版本，修订历史及最新版本请访问https:///tianyicui/pack查阅。

本文版权归原作者所有，采用CC BY-NC-SA协议发布。

Contents101背包问题31.1题目 (3)1.2基本思路 (3)1.3优化空间复杂度 (3)1.4初始化的细节问题 (4)1.5一个常数优化 (4)1.6小结 (5)2完全背包问题52.1题目 (5)2.2基本思路 (5)2.3一个简单有效的优化 (5)2.4转化为01背包问题求解 (6)2.5O(V N)的算法 (6)2.6小结 (7)3多重背包问题73.1题目 (7)3.2基本算法 (7)3.3转化为01背包问题 (7)3.4可行性问题O(V N)的算法 (8)*a.k.a.dd_engi†Build2011092818380013.5小结 (9)4混合三种背包问题94.1问题 (9)4.201背包与完全背包的混合 (9)4.3再加上多重背包 (9)4.4小结 (10)5二维费用的背包问题105.1问题 (10)5.2算法 (10)5.3物品总个数的限制 (10)5.4二维整数域N2上的背包问题 (11)5.5小结 (11)6分组的背包问题116.1问题 (11)6.2算法 (11)6.3小结 (12)7有依赖的背包问题127.1简化的问题 (12)7.2算法 (12)7.3较一般的问题 (12)7.4小结 (13)8泛化物品138.1定义 (13)8.2泛化物品的和 (13)8.3背包问题的泛化物品 (14)8.4小结 (14)9背包问题问法的变化149.1输出方案 (15)9.2输出字典序最小的最优方案 (15)9.3求方案总数 (15)9.4最优方案的总数 (16)9.5求次优解、第K优解 (16)9.6小结 (17)2101背包问题1.1题目有N件物品和一个容量为V的背包。

动态规划的边界条件动态规划是一种常见的算法思想，它通过将一个大问题拆分成若干子问题，并记录子问题的解，最终求得原问题的解。

在使用动态规划算法时，我们需要确定好边界条件，这些边界条件对于问题的解起到了关键的作用。

本文将介绍动态规划算法的边界条件，并探讨其在不同类型问题中的应用。

一、什么是边界条件在了解动态规划的边界条件之前，我们先来了解一下什么是边界条件。

通常情况下，动态规划算法将一个大问题拆分成若干个子问题，并通过求解子问题的解来求解原问题的解。

而边界条件就是针对这些子问题中最简单，最基础的情况所确定的条件。

它们相当于动态规划问题的“起点”，是问题求解的基础。

二、边界条件的确定动态规划算法的边界条件是根据问题的特性来确定的，不同类型的问题可能有不同的边界条件。

下面我们将分别介绍几种常见问题类型的边界条件确定方法。

1. 数组问题在处理数组问题时，边界条件通常包括数组的起始位置和结束位置。

我们需要考虑数组为空的情况、数组只有一个元素的情况以及其他特殊情况。

例如，在求解最大子数组和的问题中，边界条件可以是数组为空或者只有一个元素的情况。

2. 背包问题背包问题是一种经典的动态规划问题，它通常包括一个背包容量和一组物品。

在求解背包问题时，边界条件通常包括背包容量为0的情况以及物品为空的情况。

例如，在求解01背包问题时，如果背包容量为0，那么最大价值肯定为0。

3. 字符串问题在处理字符串问题时，边界条件通常包括字符串为空或者长度为1的情况。

我们需要考虑空字符串的情况，以及字符串中只有一个字符的情况。

例如，在求解最长公共子序列的问题中，如果一个字符串为空，那么最长公共子序列的长度肯定为0。

4. 图问题在处理图问题时，边界条件通常是起点和终点的情况。

我们需要考虑起点和终点相同的情况，以及起点无法到达终点的情况。

例如，在求解最短路径的问题中，如果起点和终点相同，那么最短路径的距离就是0。

三、边界条件的实际应用动态规划算法的边界条件在实际问题中起到了至关重要的作用。

动态规划总结——经典问题总结本文着重讨论状态是如何表示，以及方程是怎样表示的。

当然，还附上关键的，有可能作为模板的代码段。

但有的代码的实现是优化版的。

经典问题总结最长上升子序列（LIS）问题描述如下:设L=<a1,a2,…,an>是n个不同的实数的序列，L的递增子序列是这样一个子序列Lin=<aK1,ak2,…,akm>，其中k1<k2<…<km且aK1<ak2<…<akm。

求最大的m值。

这里采用的是逆向思维的方法，从最后一个开始想起，即先从A[N]（A数组是存放数据的数组，下同）开始，则只有长度为1的子序列，到A[N-1]时就有两种情况，如果a[n-1] < a[n] 则存在长度为2的不下降子序列a[n-1],a[n]；如果a[n-1] > a[n] 则存在长度为1的不下降子序列a[n-1]或者a[n]。

有了以上的思想，DP方程就呼之欲出了（这里是顺序推的，不是逆序的）：DP[I]=MAX（1,DP[J]+1）J=0,1,...,I-1但这样的想法实现起来是）O(n^2)的。

本题还有更好的解法，就是O(n*logn)。

利用了长升子序列的性质来优化，以下是优化版的代码：//最长不降子序const int SIZE=500001;int data[SIZE];int dp[SIZE];//返回值是最长不降子序列的最大长度,复杂度O(N*logN)int LCS(int n) { //N是DATA数组的长度,下标从1开始int len(1),low,high,mid,i;dp[1]=data[1];for(i=1;i<=n;++i) {low=1;high=len;while( low<=high ) { //二分mid=(low+high)/2;if( data[i]>dp[mid] ) {low=mid+1;}else {high=mid-1;}}dp[low]=data[i];if( low>len ) {++len;}}return len;}最长公共子序列（LCS）给出两个字符串a, b，求它们的最长、连续的公共字串。

现代经济信息求解０－１背包问题算法研究田秀芹 百色学院数学与统计学院摘要：本文主要概述了求解0-1背包问题的两大类算法：精确算法和近似算法，并分析了这些算法的优缺点，并提出了求解该问题的算法发展趋势。

关键词：0-1背包问题；精确算法；近似算法中图分类号：TP312 文献识别码：A 文章编号：1001-828X(2017)010-0386-03The Study of the 0-1 Knapsack Problem AlgorithmAbstract: This paper mainly summarizes the solving 0-1 knapsack problem algorithm of two categories: accurate and approximate algorithms, and analyzes the advantages and disadvantages of these algorithms, and put forward the development trend of algorithms to solve the problem.Keywords: 0-1 knapsack problem, precise algorithm, approximate algorithmDantzig[1]在20世纪50年代首次提出了背包问题(Knapsack problem，简称KP)，在文献[2]中，阐述了该问题是一个NP-难问题，在背包问题中，我们很难设计出多项式时间算法，除非P=NP。

0-1背包问题就是，给定一个容量为的背包和件具有价值的物品，在不超过背包容量的前提下，选择若干物品放入背包，使得装入背包的物品总价值最大。

同时给出一种放置物品的方案。

背包问题就有普遍的应用背景，在日常的许多实践中如：材料切割、资源有效分配问题、资金估算的问题、运输过程的货仓装载等起着很大的作用，许多的组合优化问题都可以简化为背包问题，背包问题的各种解法也可用来解决组合优化问题，因此对0-1背包问题的解法进行深入的研究具有重大的意义。

动态规划复杂度分析动态规划（Dynamic Programming）是一种常用的解决优化问题的方法，通过将问题分解为若干子问题，并将子问题的答案保存起来，避免重复计算，从而提高算法效率。

在实际应用中，我们需要对动态规划算法的时间复杂度和空间复杂度进行准确的分析，以便评估算法的性能和可行性。

一、动态规划的时间复杂度分析动态规划算法的时间复杂度取决于以下两个因素：1. 子问题数量：动态规划算法将原问题分解为若干子问题，并通过求解子问题的答案来解决原问题。

因此，子问题的数量直接关系到算法的时间复杂度。

如果每个子问题的求解时间相同且规模相等，那么子问题数量的增加会导致时间复杂度的线性增长。

2. 单个子问题的求解时间：每个子问题的求解时间是动态规划算法时间复杂度的另一个重要因素。

在实际应用中，子问题的求解时间可能不同，这取决于子问题之间的关系和具体的求解方法。

一般来说，如果每个子问题的求解时间相同，则总体的时间复杂度为子问题数量乘以单个子问题的求解时间。

基于以上分析，可以得出结论：动态规划算法的时间复杂度与子问题数量和单个子问题的求解时间相关，可以用O(N*M)表示，其中N 为子问题的数量，M为单个子问题的求解时间。

二、动态规划的空间复杂度分析动态规划算法的空间复杂度取决于以下两个因素：1. 子问题数量：与时间复杂度类似，子问题的数量也会影响算法的空间复杂度。

每个子问题需要保存其对应的答案，因此子问题的数量直接关系到算法的空间需求。

2. 单个子问题的空间需求：每个子问题需要保存其对应的答案，因此单个子问题的空间需求是算法空间复杂度的重要因素。

不同的子问题可能需要不同的空间来保存求解结果。

根据以上讨论，可以得出结论：动态规划算法的空间复杂度与子问题数量和单个子问题的空间需求相关，可以用O(N*M)表示，其中N为子问题的数量，M为单个子问题的空间需求。

三、动态规划算法的优化和改进在实际应用中，为了降低动态规划算法的时间复杂度和空间复杂度，可以采取以下优化和改进措施：1. 优化状态转移方程：动态规划算法的核心是状态转移方程，通过优化方程的表达和求解方式，可以减少算法的时间复杂度。