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POJ1276-Cash Machine

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[POJ] [INDEX] [1276] [Cash Machine]

[Time: 1000MS] [Memory: 10000K] [难度: 初级] [分类: 背包]


问题描述

有各种不同面值的货币,每种面值的货币有不同的数量,请找出利用这些货币可以凑成的最接近且小于等于给定的数字cash的金额。

解题思路

提示:动态规划,多重背包问题

第i种面额 d[i]n[i]+1 种选择方案,可以转化为01背包问题处理

转化的大概思路就是把 每种面值乘以其不同的个数,把得到的不同金额作为一件新的独一无二的货币,但是这样存在两个问题:

  • 一是 d[i]*ki 可能等于 d[j]*kj ,其中 ki ∈n[i],kj∈n[j]
  • 二是这样做一定TLE超时(前人经验,我就不重滔覆辙呐)

首先要解决存储问题,cash上限 10W 实在太大了,推荐用new,最后记得delete就是了,不然就算AC掉,Memory也会很大。

说到空间的申请,说点题外话,这题不像 POJ1837 那么BT(做过1837的同学就知道了…1837连申请动态空间都很困难,因为空间的动态值是由3个变量的最大值决定的。有时间浪费在找最大值,宁愿申请静态空间,反正才1W )

言归正传,下面的解题思路最好配合我写的程序去看,不然很难看懂,而且看之前请保证你对01背包、完全背包、多重背包的理论知识有所了解。不然应该看不懂的。


本题输入有4个部分:

cash  //背包容量(最大可取金额)
N     //物品种数(面额种数)
n[i]  // 第i种物品的个数(第i种面额的数量)
d[i]  // 第i种物品的价值(第i种面额的价值)

值得注意的是,如果设每个物品的价值为 w[i],体积(可理解为消耗的价值)为 c[i],那么必有 d[i] = w[i] = c[i]

如果把一个金额看为一种状态,那么一共有 0~cash 种状态。

显然其中可能会发生的 状态范围为 min{w[i] | 1<=i<=n[i]} ~ Cash

那么可以建立一个状态数组 dp[cash+1]

其中 dp[j] 记录的是 “最接近状态j,且<=j” 的状态值,即 dp[j] <=j

J越接近 dp[j]dp[j]的解越优,最理想是 dp[j]=j

需要注意的是,dp[j] 为了说明的是状态 j 可以发生,但不会理会 dp[j] 怎样发生

例如有3张1元,1张3元,

那么我们既可以认为 dp[3]=3 是通过取3次1元得到,也可以认为 dp[3] 是通过取1次3元得到的,但无论怎样得到,dp[3]=3 都会发生。

再需要注意的是,dp[j] 的状态值会累积

再形象举例说明:例如有1张3元, cash=4

那么根据前面的说明,自然有 dp[3]=dp[4]=3 ,就是说状态3、状态4都可以通过取1次3元发生,一旦发生,这个状态值3就会被保有在当前的状态 dp[4]这其实是起到一个优化作用,后面详细解释

再接上例,当我们增加一个条件“有3张1元”,那么在已经被保存的前提 dp[4]=3 下,我们只需要通过取1次1元,就能得到比 dp[4]=3 的更优解 dp[4]=4 ,但此时我们完全不用理会 dp[4]=3 是怎样来的,我们只需要知道 dp[4]=3 一定会出现就足够了


然后说说刚才提到的“优化问题”:

利用01背包的知识,不难理解 状态方程 dp[j]=dp[ j-c[i] ]+w[i]

至于说方程是什么含义,看过01背包的大概也知道什么意思,没看的同学就别怪我不解释咯。

优化是因为状态值被记录了,就是说我们在取得下一个货币i之前,当前的状态为 j-c[i]

一旦我们选取货币i,就会得到状态 (j-c[i])+c[i],即状态j 。且状态j 的状态值 dp[j] 会加上 w[i]。 至于 dp[j] 原来值是多少,就无需理会,因为 dp[j] 的值是累积下来的,同样本次加上 w[i] 后,只要 dp[j] 值未到最优,它同样会成为下一次的累加值。

这样每次都直接调用前一次已获得的状态值,就可以节省一堆搜索的时间,这是DFS或BFS办不到的,也是动态规划的优点。


接下来说说计数器count[j]

在我的程序中,每更换一次面额,计数器会清零,这样做是为了 以面额i的价值 w[i] 为权,根据选取该面额的个数,对状态值 dp[j] 进行 w[i] 的整数倍分割,这样就能得到对于每组状态 dp[w[i]*k]dp[w[i]*(k+1)] (0<=k<=n[i]) 之间,在当前面额 w[i] 下的最优状态值。

例如有 3张3元,

自然 dp[0]=dp[1]=dp[2]=0count[0]=count[1]=count[2]=0 这是因为最小面额为3。

不难得到 dp[3]=dp[4]=dp[5]=3count[3]=count[4]=count[5]=1 这是因为面额3元不可分,这3个状态的最优值就是取1次3元。

dp[6]=dp[7]=dp[8]=6count[6]=count[7]=count[8]=2 这3个状态的最优值就是取2次3元。

dp[9]=dp[10]=dp[11]=dp[…]=9count[9]=count[10]=count[[11]=count[…]=3 最多只有3张3元,以后的的状态的最优值均为9。


最后说说用memset函数初始化的问题

程序中也说得很清楚了,由于是动态空间,不要用sizeof,要人为计算空间大小,记得+1

我认为这是memset函数的缺陷。。。(不敢叫BUG)

AC 源码

//Memory Time 
//1052K  47MS 

#include<iostream>
using namespace std;

int main(int i,int j)
{
	int N;   //物品种数(面额种数)	
	int cash;  //背包容量(最大可取金额)
	while(cin>>cash>>N)
	{
		/*Input*/

		int* n=new int[N+1];  //n[i]第i种物品的个数(第i种面额的数量)
		int* w=new int[N+1];  //w[i]第i种物品的价值(第i种面额的价值)
		int* c=new int[N+1];  //c[i]第i种物品的体积(第i种面额消耗的价值)
		int* dp=new int[cash+1];  //dp[j]记录的是 当前最接近状态j且<=j的值,dp值会累积
		int* count=new int[cash+1];//计数器,限制某种物品(面额)的选取个数

		for(i=1;i<=N;i++)
		{
			cin>>n[i]>>w[i];
			c[i]=w[i];    //本题的单个物品的“体积”等于其“价值”
		}
		
		/*Initial*/

		memset(dp,0,4*(cash+1));  //由于dp申请的是动态内存,用sizeof计算长度会出错
		                          //这里要用 类型大小*个数,这里为 int*(cash+1) , int大小为4

		/*DP*/
		
		for(i=1;i<=N;i++)
		{
			memset(count,0,4*(cash+1));  //每更换一次面额,计数器清零
			for(j=w[i];j<=cash;j++)      //对于第i种货币,其面额d[i]~cash间任一个状态都可能发生
				if(dp[j]<dp[j-c[i]]+w[i] && count[j-c[i]]<n[i]) //count[j-c[i]]<n[i]
				{                                               //取某种面额前,必须保证这次操作之前所取该种面额的次数小于n[i]
					dp[j] = dp[j-c[i]]+w[i];    //选取第i个物品后,背包容量(允许取的最大金额)减少c[i]
					count[j]=count[j-c[i]]+1;   //对于当前状态j,第i种面额被抽了count[j]次
				}
		}

		/*Output*/
		
		cout<<dp[cash]<<endl;

		/*Release Space*/

		delete n;
		delete w;
		delete c;
		delete dp;
		delete count;
	}
	
	return 0;
}

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