草稿

zy123
2025-03-21 /  0 评论 /  0 点赞 /  0 阅读 /  1019 字
最近更新于 04-14

0/1 背包问题中,使用一维 DP 数组时必须逆序遍历背包容量,主要原因在于避免同一物品被重复计算。这与二维 DP 的实现方式有本质区别。下面通过公式和例子详细说明。


为什么一维 DP 必须逆序遍历?

状态定义

一维 DP 数组定义为:

$$ dp[j] = \text{背包容量为 } j \text{ 时的最大价值} $$

状态转移方程

对于物品 $i$(重量 $w_i$,价值 $v_i$):

$$ dp[j] = \max(dp[j], dp[j-w_i] + v_i) \quad (j \geq w_i) $$

关键问题

  • 正序遍历会导致 $dp[j-w_i]$ 在更新 $dp[j]$ 时已被当前物品更新过,相当于重复使用该物品。
  • 逆序遍历保证 $dp[j-w_i]$ 始终是**上一轮(未考虑当前物品)**的结果,符合 0/1 背包的“一次性”规则。

二维 DP 为何不需要逆序?

二维 DP 定义为:

$$ dp[i][j] = \text{前 } i \text{ 个物品,容量 } j \text{ 时的最大价值} $$ 状态转移: $$ dp[i][j] = \max(dp[i-1][j], dp[i-1][j-w_i] + v_i) $$ - 由于直接依赖 **上一行 $dp[i-1][\cdot]$**,不存在状态覆盖问题,正序/逆序均可。

例子演示

假设物品 $w=2$, $v=3$,背包容量 $C=5$。

错误的正序遍历($j=2 \to 5$)

  1. $j=2$:
    $dp[2] = \max(0, dp[0]+3) = 3$
    $\Rightarrow dp = [0, 0, 3, 0, 0, 0]$
  2. $j=4$:
    $dp[4] = \max(0, dp[2]+3) = 6$
    $\Rightarrow$ 错误:物品被重复使用两次!

正确的逆序遍历($j=5 \to 2$)

  1. $j=5$:
    $dp[5] = \max(0, dp[3]+3) = 0$ ($dp[3]$ 未更新)
  2. $j=2$:
    $dp[2] = \max(0, dp[0]+3) = 3$
    $\Rightarrow dp = [0, 0, 3, 3, 3, 0]$
    正确:物品仅使用一次。

总结

维度 遍历顺序 原因
一维DP 逆序 防止 $dp[j-w_i]$ 被当前物品污染,确保每个物品只计算一次。
二维DP 任意顺序 状态分层存储($dp[i][j]$ 只依赖 $dp[i-1][\cdot]$),无覆盖风险。

核心思想:一维 DP 的空间优化需要逆序来保证状态的无后效性

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