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什麼是背包問題

揹包問題(Knapsack problem)是一種經典的組合優化問題,也是NP完全問題的一箇例子。問題的目標是在給定一組物品,每個物品都有自己的重量和價值的情況下,如何選擇物品放入一箇固定容量的揹包中,以便揹包內的物品總價值最高,同時保證總重量不超過揹包的容量。這個問題在商業、組合數學、計算複雜性理論密碼學和應用數學等領域有廣泛的應用。

揹包問題有兩種主要變種:0/1揹包問題和分數揹包問題(Fractional Knapsack Problem)。0/1揹包問題是指對於每個物品,可以選擇放入或不放入揹包,而分數揹包問題則允許將物品的部分價值放入揹包。

揹包問題的算法通常使用動態規劃或回溯算法來解決。例如,01揹包問題是最基本的揹包問題之一,它要求從N個物品中選擇一些物品放入容量爲C的揹包中,每個物品最多隻能放一次,目標是使得揹包中物品的總價值最大。

此外,揹包問題也與密碼學有關,例如Merkle-Hellman揹包密碼系統就是基於揹包問題的困難性設計的加密系統。

揹包問題的研究已經有一箇多世紀的歷史,早期的作品可以追溯到1897年數學家托比亞斯·丹齊格的工作。在現實世界的決策過程中,揹包問題也經常出現,例如在選擇投資組合、資產證券化以及生成密鑰等方面有着廣泛的應用。