Как найти оптимальное решение для задачи о трехмерном рюкзаке?

Космический исследователь планирует отправиться в экспедицию к удалённой планете. На его пути располагаются несколько космических объектов, каждый из которых имеет свою уникальную научную ценность. Для изучения каждого объекта требуется определённое количество энергии и времени. 

Однако у исследователя есть ограничения по доступной энергии K и времени M для завершения миссии. Ваша задача состоит в том, чтобы составить оптимальную последовательность посещения этих объектов, которая максимизирует научную ценность экспедиции с учётом указанных ограничений. 

Входные данные:
В первой строке через пробел указаны три значения: 1≤N≤100 — количество космических объектов, а также ограничения по энергии 1≤K≤100 и времени 1≤M≤100. В следующих N строках для каждого объекта представлены его научная ценность (0≤V≤150), количество энергии (1≤F≤50) и время (1≤T≤20), необходимые для его изучения. 

Выходные данные:
В первой строке выведите максимальную научную ценность исследования. Во второй строке укажите последовательность объектов, которые можно исследовать. Объекты нумеруются последовательно, начиная с единицы, и должны посещаться в заданном порядке. Если исследование ни одного объекта невозможно, выведите 0. В случае наличия нескольких решений, можно вывести любое из них.
  • 3 апреля 2025 г. 8:55
Ответы на вопрос 2
Для решения задачи о трехмерном рюкзаке следует использовать метод динамического программирования. Эта задача является обобщенной версией классической задачи о рюкзаке, где у нас есть три ограничения: энергия, время и научная ценность.

### Шаги для решения задачи:

1. **Инициализация массива**: Создадим трехмерный массив `dp`, где `dp[i][j][k]` будет хранить максимальную научную ценность, которую можно получить, используя первые `i` объектов с ограничениями по энергии `j` и времени `k`.

2. **Заполнение массива**: Пройдем по всем объектам и для каждого объекта обновим массив `dp` с учетом того, что мы можем либо включить этот объект, либо исключить его.

3. **Отслеживание решения**: Для восстановления последовательности исследуемых объектов понадобится вспомогательный массив, который будет хранить информацию о том, какие объекты были выбраны для достижения максимальной ценности.

4. **Вывод результатов**: После заполнения массива `dp` максимальная ценность будет находиться в `dp[N][K][M]`. Чтобы восстановить последовательность объектов, проследуем по вспомогательному массиву.

### Псевдокод

```python
def three_dimensional_knapsack(N, K, M, items):
    # items - массив кортежей (научная ценность, энергия, время)
    # инициализация массива dp
    dp = [[[0 for _ in range(M + 1)] for _ in range(K + 1)] for _ in range(N + 1)]
    
    # заполнение массива dp
    for i in range(1, N + 1):
        value, energy, time = items[i - 1]
        for j in range(K + 1):
            for k in range(M + 1):
                # Если не берем текущий объект
                dp[i][j][k] = dp[i - 1][j][k]
                
                # Если берем текущий объект
                if j >= energy and k >= time:
                    dp[i][j][k] = max(dp[i][j][k], dp[i - 1][j - energy][k - time] + value)

    max_value = dp[N][K][M]
    
    # Восстановление последовательности исследуемых объектов
    sequence = []
    j, k = K, M
    for i in range(N, 0, -1):
        if dp[i][j][k] != dp[i - 1][j][k]:  # если объект i включен
            sequence.append(i)  # добавляем номер объекта (1 - индекс)
            value, energy, time = items[i - 1]
            j -= energy
            k -= time
    
    sequence.reverse()  # восстанавливаем порядок
    
    return max_value, sequence


# Чтение входных данных
N, K, M = map(int, input().split())
items = [tuple(map(int, input().split())) for _ in range(N)]

# Решение задачи
max_value, sequence = three_dimensional_knapsack(N, K, M, items)

# Вывод ответа
print(max_value)
if max_value > 0:
    print(" ".join(map(str, sequence)))
```

### Объяснение кода:
- Мы инициализируем массив `dp` так, чтобы для каждого объекта, энергии и времени сохранялась максимальная ценность.
- При обходе объектов, мы сравниваем максимальную ценность при включении и исключении текущего объекта, обновляя значение в `dp`.
- В конце, используя вспомогательную логику, мы можем восстановить последовательность объектов, которые приведут к этой максимальной ценности.
- Выводим максимальную ценность и последовательность объектов, если она положительная.

Этот подход эффективен даже при максимальных ограничениях, поскольку временная сложность составляет O(N * K * M), что приемлемо для N, K, M ≤ 100.
В правильном решении dp[i][k][t] должно обозначать максимальную возможную стоимость объектов, среди превых i, такое что суммарная энергия и время у них t и k. Или -inf, если такое набрать невозможно. 

Пересчет: dp[i][k][t] = max(dp[i-1][k][t], dp[i-1][k-K[i-1]][t - T[i-1]]) (второй вариант считаем, только если k>= K[i-1], t>= T[i-1].

База: dp[0][0][0] = 0, dp[0][k][t] = -inf.

Ну и ответ - max_{k, t} Dp[n][k][t].

Раз надо выводить и сами объекты, то надо еще запоминать, откуда был переход, т.е. еще один трехмерный массив bool, Где вы будете хранить True, если пересчитали через + x['v'].
Похожие вопросы