程序设计与算法算法基础》《第一周 枚举》熄灯问题 POJ-1222

Posted 2022-08-01 focus-z

https://www.cnblogs.com/huashanqingzhu/p/7278930.html

http://bailian.openjudge.cn/practice/1222
1222:EXTENDED LIGHTS OUT

这道题我花了比较多的时间才想清楚，比较难想的地方在第一行的枚举，假设第一行6个元素是 0 1 0 1 0 1，

一盏灯只有亮和灭两个状态，每盏灯只有两个操作，按下开关与不按开关，我之前以为枚举的是0~63，即0000 0000 ~1111 1111，

这种想法是错误的。因为初始灯的状态是确定的，你按下任意一盏可能会影响到周围的灯，所以不一定有1111 1111这种状态。

关键是要想清楚枚举的状态到底是什么？ 枚举的是每盏灯的操作，1表示按下开关，0表示无操作，

第一行 这种按下开关的操作 一共有 2^6 种可能。只要第一行对每盏灯的操作确定了，第一行灯的状态就确定了，之后，第2行根据第一行亮着的灯的位置，进行开关灯操作

描述

有一个由按钮组成的矩阵，其中每行有6个按钮，共5行。每个按钮的位置上有一盏灯。当按下一个按钮后，该按钮以及周围位置(上边、下边、左边、右边)的灯都会改变一次。即，如果灯原来是点亮的，就会被熄灭；如果灯原来是熄灭的，则会被点亮。在矩阵角上的按钮改变3盏灯的状态；在矩阵边上的按钮改变4盏灯的状态；其他的按钮改变5盏灯的状态。

在上图中，左边矩阵中用X标记的按钮表示被按下，右边的矩阵表示灯状态的改变。对矩阵中的每盏灯设置一个初始状态。请你按按钮，直至每一盏等都熄灭。与一盏灯毗邻的多个按钮被按下时，一个操作会抵消另一次操作的结果。在下图中，第2行第3、5列的按钮都被按下，因此第2行、第4列的灯的状态就不改变。

请你写一个程序，确定需要按下哪些按钮，恰好使得所有的灯都熄灭。根据上面的规则，我们知道1）第2次按下同一个按钮时，将抵消第1次按下时所产生的结果。因此，每个按钮最多只需要按下一次；2）各个按钮被按下的顺序对最终的结果没有影响；3）对第1行中每盏点亮的灯，按下第2行对应的按钮，就可以熄灭第1行的全部灯。如此重复下去，可以熄灭第1、2、3、4行的全部灯。同样，按下第1、2、3、4、5列的按钮，可以熄灭前5列的灯。

输入

5行组成，每一行包括6个数字（0或1）。相邻两个数字之间用单个空格隔开。0表示灯的初始状态是熄灭的，1表示灯的初始状态是点亮的。

输出

5行组成，每一行包括6个数字（0或1）。相邻两个数字之间用单个空格隔开。其中的1表示需要把对应的按钮按下，0则表示不需要按对应的按钮。

样例输入

0 1 1 0 1 0
1 0 0 1 1 1
0 0 1 0 0 1
1 0 0 1 0 1
0 1 1 1 0 0

样例输出

1 0 1 0 0 1
1 1 0 1 0 1
0 0 1 0 1 1
1 0 0 1 0 0
0 1 0 0 0 0

解题分析 

来源：北大郭炜老师

• 第2次按下同一个按钮时,将抵消第1次按下时所产生的结果，所以每个按钮最多只需要按下一次
• 各个按钮被按下的顺序对最终的结果没有影响
• 对第1行中每盏点亮的灯, 按下第2行对应的按钮, 就可以熄灭第1行的全部灯
• 如此重复下去, 可以熄灭第1, 2, 3, 4行的全部灯 

第一想法:

枚举所有可能的按钮(开关)状态, 对每个状态，计算一下最后灯的情况, 看是否都熄灭。
每个按钮有两种状态(按下或不按下)，一共有30个开关, 那么状态数是230, 太多, 会超时 。

如何减少枚举的状态数目呢?
基本思路: 如果存在某个局部, 一旦这个局部的状态被确定, 那么剩余其他部分的状态只能是确定的一种, 或者不多的n种, 那么就只需枚举这个局部的状态即可。 

本题是否存在这样的 “ 局部” 呢?
经过观察, 发现第1行就是这样的一个 “ 局部” 

因为第1行的各开关操作方案确定的情况下, 这些开关操作过后,将导致第1行某些灯是亮的, 某些灯是灭的。
要熄灭第1行某个亮着的灯(假设位于第i列), 那么唯一的办法就是按下第2行第i列的开关。(因为第1行的开关已经用过了, 而第3行及其后的开关不会影响到第1行)
为了使第1行的灯全部熄灭, 第2行的合理开关操作方案就是唯一的 。

第2行的开关操作过后,为了熄灭第2行的灯, 第3行的合理开关操作方案就也是唯一的。以此类推, 最后一行的开关操作方案也是唯一的。
只要第1行的操作方案定下来, 记作A, 那么剩余行的操作方案就是确定唯一的了 。

推算出最后一行的开关操作方案, 然后看看最后一行的开关操作过后,最后一行的所有灯是否都熄灭：
如果是, 那么A就是一个解的状态； 如果不是, 那么A不是解的状态, 第1行换个状态重新试试。

只需枚举第1行的操作方案, 状态数是2^6 = 64 

有没有状态数更少的做法？
枚举第一列, 状态数是2^5 = 32

代码来源：北大郭炜老师，这里仅做了一些注释的补充和修改。

/*
http://bailian.openjudge.cn/practice/1222
1222:EXTENDED LIGHTS OUT
level : hard
*/


#include<memory>
#include<iostream>
#include<string>
#include<cstring>

using namespace std;
int GetBit(char c, int i)  // 得到某一位的值

    //get char c  No.i Bit 
    return (c >> i) & 1;

void SetBit(char &c, int i, int v) // 把某一位置成0 或 1

    //set char c No.i bit is v
    if (v)
    
        c |= (1 << i);
    
    else
    
        c &= ~(1 << i);
    


void Flip(char & c, int i) // 翻转某一位

    //char c No. i bit flip 
    c ^= (1 << i);


void OutputResult(int t, char result[]) // output result

    cout << "PAZZLE #" << t << endl;
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    
        for (int j = 0; j < 6; j++)
        
            cout << GetBit(result[i], j) ;
            if (j < 5)
                cout << " ";
        
        cout << endl;
    


int main()

    char oriLights[5]; // 原始输入
    char lights[5]; // 中间运算结果
    char result[5]; // 最后输出的开关操作，1代表按下开关，0代表无操作
    char switchs; // 某一行的开关信息
    int T;
    cin >> T;
    for (int t = 1; t <= T; t++)
    
        memset(oriLights, 0, sizeof(oriLights)); // if not omit??
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        
            for (int j = 0; j < 6; j++)
            
                int s;
                cin >> s;
                SetBit(oriLights[i], j, s);
            
        

        for(int n=0 ; n<64  ;n++) //遍历首行开关的64种操作
        
            memcpy(lights, oriLights, sizeof(oriLights));
            switchs = n; //先假定第0行的开关需要的操作方案

            for (int i = 0; i < 5; ++i)
            
                result[i] = switchs;//保存第i行开关的操作方案
                for (int j = 0; j < 6; ++j)//根据方案修改第i行的灯
                
                    if (GetBit(switchs, j)) //switchs的第j个位等于1表示需要按下第i行第j个按钮，等于0表示不需要按下该按钮
                    
                        if (j > 0)
                            Flip(lights[i], j - 1);//改左灯
                        Flip(lights[i], j);//改开关位置的灯
                        if (j < 5)
                            Flip(lights[i], j + 1);//改右灯

                    
                
                if (i < 4)
                    lights[i + 1] ^= switchs;//改下一行的灯
                switchs = lights[i];//第i+1行开关的操作方案由第i行灯的状态决定
            
            if (lights[4] == 0)
            
                OutputResult(t, result);
                break;
            

        
    
    return 0;