hihocoder 1196 高斯消元.二

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描述

在上一回中,小Hi和小Ho趁着便利店打折,买了一大堆零食。当他们结账后,看到便利店门口还有其他的活动。

店主:买了东西还可以参加游戏活动哦,如果能够完成游戏还有额外的奖品。

小Hi和小Ho赶紧凑了过去。

店主放了一块游戏板在店门口,有5行6列格子。左上角为坐标(1,1)。一部分格子是亮着的,另一部分是暗着的。

hihocoder 1196 高斯消元.二

当按下某一个格子时,它和上下左右4个格子的状态就会改变。原来亮着的格子变成暗的,原来暗的格子会变亮。比如下图中按下标记有红叉的格子后,绿色虚线区域内的格子状态都会改变:

hihocoder 1196 高斯消元.二

店主给出初始的状态,参加游戏的人员需要通过按下某些格子,让游戏板上所有的灯都亮起来就可以赢得奖品。

小Ho:这不就是开关灯问题么,看我来解决它!

本题改编自ACMICPC Greater New York 2002 EXTENDED LIGHTS OUT

提示:异或方程组

输入

第1..5行:1个长度为6的字符串,表示该行的格子状态,1表示该格子是亮着的,0表示该格子是暗的。

保证一定存在解,且一定存在暗着的格子。

输出

需要按下的格子数量k,表示按下这k个位置后就可以将整个游戏板所有的格子都点亮。

接下来k行,每行一个坐标(x,y),表示需要按下格子(x,y)。x坐标较小的先输出,若x相同,则先输出y坐标较小的。

样例输入

001111
011111
111111
111110
111100

样例输出

2
1 1
5 6
---------------------------------------------------------------
异或方程组的形式为
a[0][0]*x[0] ^ a[0][1]*x[1] ^ ... ^ a[0][n-1]*x[n-1] = a[0][n]
a[1][0]*x[0] ^ a[1][1]*x[1] ^ ... ^ a[1][n-1]*x[n-1] = a[1][n]
                 .
                 .
a[n-1][0]*x[0] ^ a[n-1][1]*x[1] ^ ... ^ a[n-1][n-1]*x[n-1] = a[n-1][n]
方程组中所有量都是bool
----------------------------------------------------------------
比较异或方程组和一般的线性方程组,不难发现:
除了所有加号(+)都换成了异或(^)外,形式上两者是完全一致的
因而对于异或方程组,我们考虑是否可用类似于高斯消元解线性方程组的方法来解。
这就是说我们希望通过行变换将系数矩阵转化成单位矩阵
对此我们有下述结论可用:
----------------------------------------------------------------------------------------
a[0]*x[0] ^ a[1]*x[1] ^ ... ^ a[n-1]*x[n-1] = A
b[0]*x[0] ^ b[1]*x[1] ^ ... ^ b[n-1]*x[n-1] = B
(a[0]^b[0])*x[0] ^ (a[1]^b[1])*x[1] ^ ... ^ (a[n-1]^b[n-1])*x[n-1] = A ^ B
-----------------------------------------------------------------------------------------
实际上我们只要证明
a*x ^ b*x = (a ^ b)*x
上述结论便是很自然的推论了
而由于这里涉及的所有量都是bool值,只要枚举便能证明。
我们也可以从另一角度来看:
异或运算相当于模2下的加法运算,即
  a ^ b = (a + b) % 2
我们有
(a*x + b*x) % 2
= ((a+b)*x) % 2
= ((a+b) % 2) * (x % 2) % 2
在 a, b, x都是bool量的情况下
上式即
a*x ^ b*x = (a ^ b)*x
这样异或(^)与加法(+)两种运算便自然联系起来了,异或方程组与一般的线性方程组本质上没有区别。
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
异或方程组的高斯消元过程同样是:
枚举行,对第i行,在第i列选主元交换到第i行。将其余该列为1的行,用第i行与之异或。
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
char s[][];
int a[][];
int dx[]={, , , , -};
int dy[]={, , -, , };
int ok(int x, int y){
return x>=&&x<&&y>=&&y<;
}
int swap(int i, int j){
int tmp[];
memcpy(tmp, a[i], sizeof(tmp));
memcpy(a[i], a[j], sizeof(tmp));
memcpy(a[j], tmp, sizeof(tmp));
} int gauss(int n){
for(int i=; i<n; i++){
for(int j=i; j<n; j++)
if(a[j][i]){
swap(i, j);
break;
}
for(int j=; j<n; j++)
if(j!=i&&a[j][i]){
//消去第j行第i项
for(int k=i; k<=n; k++)
a[j][k]^=a[i][k];
}
//output();
}
} int main(){
for(int i=; i<; i++)
cin>>s[i];
for(int i=; i<; i++)
for(int j=; j<; j++){
int now=*i+j;
for(int k=; k<; k++){
int x=i+dx[k], y=j+dy[k];
if(ok(x, y)){
int nei=*x+y;
a[now][nei]=;
}
}
a[now][]=(s[i][j]-'')^;
}
gauss();
int ans=;
for(int i=; i<; i++)
ans+=a[i][];
cout<<ans<<endl;
for(int i=; i<; i++)
if(a[i][])
cout<<i/+<<' '<<i%+<<endl;
}
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