Files
hello-algo/ja/codes/rust/chapter_dynamic_programming/knapsack.rs
T
Yudong Jin 7257641e0e Retranslate the complete Japanese online edition from Chinese (#2008)
* Retranslate the complete Japanese online edition from Chinese

* Fit Japanese homepage labels and localize heading permalinks

* Point Japanese contribution instructions to the Japanese preview

* Replace locale conditionals with multilingual UI tables
2026-10-30 02:12:26 +08:00

114 lines
4.1 KiB
Rust

/*
* File: knapsack.rs
* Created Time: 2023-07-09
* Author: codingonion ([email protected])
*/
/* 0-1 ナップサック問題:全探索 */
fn knapsack_dfs(wgt: &[i32], val: &[i32], i: usize, c: usize) -> i32 {
// すべての品物を選び終えたか、ナップサックの残り容量がなければ、価値 0 を返す
if i == 0 || c == 0 {
return 0;
}
// ナップサックの容量を超える場合、入れない選択しかできない
if wgt[i - 1] > c as i32 {
return knapsack_dfs(wgt, val, i - 1, c);
}
// 品物 i を入れない場合と入れる場合の最大価値を計算する
let no = knapsack_dfs(wgt, val, i - 1, c);
let yes = knapsack_dfs(wgt, val, i - 1, c - wgt[i - 1] as usize) + val[i - 1];
// 2 通りの選択のうち、価値が大きいほうを返す
std::cmp::max(no, yes)
}
/* 0-1 ナップサック問題:メモ化探索 */
fn knapsack_dfs_mem(wgt: &[i32], val: &[i32], mem: &mut Vec<Vec<i32>>, i: usize, c: usize) -> i32 {
// すべての品物を選び終えたか、ナップサックの残り容量がなければ、価値 0 を返す
if i == 0 || c == 0 {
return 0;
}
// 記録済みなら、その値をそのまま返す
if mem[i][c] != -1 {
return mem[i][c];
}
// ナップサックの容量を超える場合、入れない選択しかできない
if wgt[i - 1] > c as i32 {
return knapsack_dfs_mem(wgt, val, mem, i - 1, c);
}
// 品物 i を入れない場合と入れる場合の最大価値を計算する
let no = knapsack_dfs_mem(wgt, val, mem, i - 1, c);
let yes = knapsack_dfs_mem(wgt, val, mem, i - 1, c - wgt[i - 1] as usize) + val[i - 1];
// 2 通りの選択のうち、価値が大きいほうを記録して返す
mem[i][c] = std::cmp::max(no, yes);
mem[i][c]
}
/* 0-1 ナップサック問題:動的計画法 */
fn knapsack_dp(wgt: &[i32], val: &[i32], cap: usize) -> i32 {
let n = wgt.len();
// dp テーブルを初期化する
let mut dp = vec![vec![0; cap + 1]; n + 1];
// 状態遷移
for i in 1..=n {
for c in 1..=cap {
if wgt[i - 1] > c as i32 {
// ナップサックの容量を超える場合、品物 i を選ばない
dp[i][c] = dp[i - 1][c];
} else {
// 品物 i を選ばない場合と選ぶ場合の大きいほうの値
dp[i][c] = std::cmp::max(
dp[i - 1][c],
dp[i - 1][c - wgt[i - 1] as usize] + val[i - 1],
);
}
}
}
dp[n][cap]
}
/* 0-1 ナップサック問題:空間を最適化した動的計画法 */
fn knapsack_dp_comp(wgt: &[i32], val: &[i32], cap: usize) -> i32 {
let n = wgt.len();
// dp テーブルを初期化する
let mut dp = vec![0; cap + 1];
// 状態遷移
for i in 1..=n {
// 逆順に走査する
for c in (1..=cap).rev() {
if wgt[i - 1] <= c as i32 {
// 品物 i を選ばない場合と選ぶ場合の大きいほうの値
dp[c] = std::cmp::max(dp[c], dp[c - wgt[i - 1] as usize] + val[i - 1]);
}
}
}
dp[cap]
}
/* 実行用コード */
pub fn main() {
let wgt = [10, 20, 30, 40, 50];
let val = [50, 120, 150, 210, 240];
let cap: usize = 50;
let n = wgt.len();
// 全探索
let res = knapsack_dfs(&wgt, &val, n, cap);
println!("ナップサックの容量を超えない品物の最大価値は {res}");
// メモ化探索
let mut mem = vec![vec![0; cap + 1]; n + 1];
for row in mem.iter_mut() {
row.fill(-1);
}
let res = knapsack_dfs_mem(&wgt, &val, &mut mem, n, cap);
println!("ナップサックの容量を超えない品物の最大価値は {res}");
// 動的計画法
let res = knapsack_dp(&wgt, &val, cap);
println!("ナップサックの容量を超えない品物の最大価値は {res}");
// 空間を最適化した動的計画法
let res = knapsack_dp_comp(&wgt, &val, cap);
println!("ナップサックの容量を超えない品物の最大価値は {res}");
}