高斯消元学习

Posted 2020-10-24 饕餮传奇

高斯消元

Tags:数学

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一、概述

两种形式

求解方程组

模拟加减消元，先消成上三角再带入求解，详见代码

异或方程组

与求解方程组类似，也许更简单，若只有01建议用bitset压常数
可以类比线性基哦（orz zsy dalao）

主要用途

主要用于计算出现环的概率DP问题，如[HNOI2013]游走
也有一些开关灯问题，很灵活地用到异或方程组如[USACO09NOV]灯Lights

二、题目

• [x] [hihoCoder]高斯消元·一
• [x] [hihoCoder]高斯消元·二
• [x] [Luogu]【模板】高斯消元法
• [x] [USACO09NOV]灯Lights
• [x] [SDOI2010]外星千足虫
• [x] [JSOI2008]球形空间产生器
• [x] [HNOI2013]游走
• [ ] [HNOI2011]XOR和路径
• [ ] [HDU]Time travel
• [ ] BZOJ 2729 [HNOI2012]排队
• [ ] BZOJ 4804 欧拉心算
• [ ] BZOJ 1406 [AHOI2007]密码箱
• [ ] Luogu 1414 又是毕业季II
• [ ] Codeforces 113 D Museum
• [x] BZOJ 1178 [Usaco2010 Hol]Dotp 驱逐猪猡
• [ ] BZOJ 3270 博物馆
• [ ] BZOJ 4004 [JLOI2015]装备购买
• [ ] HDU 3364 Lanterns
• [ ] HDU 4870 Rating
• [ ] HDU 4936 Rainbow Island
• [ ] HDU 4592 Boring仪仗队
• [ ] BZOJ 1968 [Ahoi2005]COMMON 约数研究

考试题

• [x] 2018.4.10 T1 BOM

代码

[hihoCoder]高斯消元·一
给定N个未知数M个方程，要求判无解、无穷解，有唯一解则输出
毒瘤题「题解戳我BY TPLY」
注意：\\(Line19\\) 的\\(!f[i][i]\\)易写错为\\(!f[now][i]\\)!!!

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstdlib>
#include<cmath>
using namespace std;
int N,M;
double f[1011][511];
const double EPS=1e-7;
void Gauss()
{
	int flag=0;
	for(int i=1;i<=N;i++)
	{
		int now=i;
		for(int j=i+1;j<=M;j++)
			if(fabs(f[now][i])<fabs(f[j][i]))
				now=j;
		if(now!=i)swap(f[now],f[i]);//在这里这一段不能省，当这一行为0时有可能这个式子是无效的所以换一个式子上来
		if(fabs(f[i][i])<EPS){flag=1;continue;}//从i到M这些式子x[i]的系数都是0,那么如果x[i+1]-x[N]都有解的话，x[i]就有无穷解了，注意无解情况优先于无穷解
		for(int j=i+1;j<=N+1;j++)f[i][j]/=f[i][i];f[i][i]=1;
		for(int j=i+1;j<=M;j++)
		{
			for(int k=i+1;k<=N+1;k++)
				f[j][k]-=f[j][i]*f[i][k];
			f[j][i]=0;
		}
		//正常的消元
	}
	//判无解1：系数全0，常数非0
	for(int j,i=1;i<=M;i++)
	{
		for(j=1;j<=N;j++)
			if(fabs(f[i][j])>EPS)break;
		if(j==N+1&&fabs(f[i][N+1])>EPS){printf("No solutions\\n");return;}//有一项方程系数都为0但是常数项大于0于是方程无解
	}
	//判无解2：计算第i行答案时出现a*x[i]=C(a=0,C!=0)
	for(int i=N;i>=1;i--)
	{
		for(int j=i+1;j<=N;j++)f[i][N+1]-=f[i][j]*f[j][N+1];
		if(f[i][N+1]&&!f[i][i]){printf("No solutions\\n");return;}
	}
	if(flag){printf("Many solutions\\n");return;}
	for(int i=1;i<=N;i++)
		printf("%d\\n",int(f[i][N+1]+0.5));
}
int main()
{
	scanf("%d%d",&N,&M);
	for(int i=1;i<=M;i++)
		for(int j=1;j<=N+1;j++)
			scanf("%lf",&f[i][j]);
	Gauss();return 0;
}

[hihoCoder]高斯消元·二
异或方程组求解 模板

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstdlib>
#include<bitset>
using namespace std;
char s[10][10];
bitset<50>f[50];
int id(int x,int y){return (x-1)*6+y;}
void Gauss()
{
	for(int i=1;i<=30;i++)
	{
		int now=i;
		for(int j=i+1;j<=30;j++)
			if(f[j][i]>f[now][i]) now=j;
		if(now!=i) swap(f[now],f[i]);
		for(int j=i+1;j<=30;j++)
			if(f[j][i]) f[j]^=f[i];
	}
	for(int i=30;i>=1;i--)
		for(int j=i-1;j>=1;j--)
			if(f[j][i]) f[j]^=f[i];
	int tot=0;
	for(int i=1;i<=30;i++)
		if(f[i][31]==1) tot++;
	printf("%d\\n",tot);
	for(int i=1;i<=30;i++)
		if(f[i][31]==1)
		{
			if(i%6==0) printf("%d %d\\n",i/6,6);
			else printf("%d %d\\n",i/6+1,i%6);
		}
}
int main()
{
	for(int i=1;i<=5;i++)
		scanf("%s",s[i]+1);
	for(int i=1;i<=5;i++)
		for(int j=1;j<=6;j++)
		{
			int p=id(i,j),l=id(i,j-1),r=id(i,j+1),u=id(i-1,j),d=id(i+1,j);
			f[p][p]=1;f[p][31]=(s[i][j]-\'0\')^1;
			if(i>1)f[p][u]=1;
			if(i<5)f[p][d]=1;
			if(j>1)f[p][l]=1;
			if(j<6)f[p][r]=1;
		}
	Gauss();return 0;
}