【状压】P2622 关灯问题II

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思路:数据量疯狂暗示是状压dp,或者搜索

位运算参考博客

状态压缩动态规划(简称状压dp)是另一类非常典型的动态规划,通常使用在NP问题的小规模求解中,虽然是指数级别的

复杂度,但速度比搜索快,其思想非常值得借鉴。

为了更好的理解状压dp,首先介绍位运算相关的知识。

1.’&’符号,x&y,会将两个十进制数在二进制下进行与运算,然后返回其十进制下的值。例如3(11)&2(10)=2(10)。

2.’|’符号,x|y,会将两个十进制数在二进制下进行或运算,然后返回其十进制下的值。例如3(11)|2(10)=3(11)。

3.’^’符号,x^y,会将两个十进制数在二进制下进行异或运算,然后返回其十进制下的值。例如3(11)^2(10)=1(01)。

4.’<<’符号,左移操作,x<<2,将x在二进制下的每一位向左移动两位,最右边用0填充,x<<2相当于让x乘以4。相应的,’>>’是右移操作,x>>1相当于给x/2,去掉x二进制下的最有一位。

这四种运算在状压dp中有着广泛的应用,常见的应用如下:

1.判断一个数字x二进制下第i位是不是等于1。

方法:if ( ( ( 1 << ( i - 1 ) ) & x ) > 0)

将1左移i-1位,相当于制造了一个只有第i位上是1,其他位上都是0的二进制数。然后与x做与运算,如果结果>0,说明x第i位上是1,反之则是0。

2.将一个数字x二进制下第i位更改成1。

方法:x = x | ( 1<<(i-1) )

证明方法与1类似,此处不再重复证明。

3.把一个数字二进制下最靠右的第一个1去掉。

方法:x=x&(x-1)

感兴趣的读者可以自行证明。

在很多涉及到状态转换的问题中,将状态视为节点,转移视为边,那么去找最小的转移次数,就等价于最短路问题

在UVA Fill Water里也是这样

题目特征:最少多少次,数据个数不超过20

#include<iostream>
#include<queue>
#include<cstring>
using namespace std;
const int N=1200;
int vis[N];
int a[105][15];
struct node
{
    int num;
    int step;
    node(){}
    node(int num,int step):num(num),step(step){}
};
int init;
int n,m;
int bfs()
{
    memset(vis,0,sizeof(0));
    queue<node> q;
    vis[init]=1;
    q.push(node(init,0));
    while(!q.empty())
    {
        node tmp=q.front();
        q.pop();
        if(!tmp.num) return tmp.step;
        for(int i=1;i<=m;++i)       //遍历m个开关
        {
            int num=tmp.num;
            for(int j=1;j<=n;++j)
            {
                if(a[i][j]==1)
                {
                    if(num&(1<<(j-1)))      //如果灯是开的 就把它观赏
                        num^=(1<<(j-1));
                }

                else if(a[i][j]==-1)
                {
                    num|=(1<<(j-1));        //或1,开灯
                }
            }
            if(!vis[num])
            {
                q.push(node(num,tmp.step+1));
                vis[num]=1;
            }

        }
    }
    return -1;
}

int main()
{

    cin>>n>>m;
    for(int i=1;i<=m;++i)
        for(int j=1;j<=n;++j)
        cin>>a[i][j];
    init=(1<<n)-1;
    int ans=bfs();
    cout<<ans<<endl;
    return 0;

}

状压dp版本参考代码

    #include<iostream>
    #include<queue>
    #include<algorithm>
    #include<cstring>
    using namespace std;
    const int N=1200;
    const int INF=0x3f3f3f3f;
    int vis[N];
    int a[105][15];
    int dp[N];
    int init;
    int n,m;
    void solve()
    {
        memset(dp,INF,sizeof(dp));
        dp[init]=0;
        for(int k=init;k>=0;--k)
        {
            for(int i=1;i<=m;++i)
            {
                int num=k;
                for(int j=1;j<=n;++j)
                {
                    if(a[i][j]==1)
                    {
                        if(num&(1<<(j-1)))      //如果灯是开的 就把它观赏
                            num^=(1<<(j-1));
                    }

                    else if(a[i][j]==-1)
                    {
                        num|=(1<<(j-1));        //或1,开灯
                    }
                }
                dp[num]=min(dp[num],dp[k]+1);   //状态由k转移到num
            }
        }

    }
    int main()
    {

        cin>>n>>m;
        for(int i=1;i<=m;++i)
            for(int j=1;j<=n;++j)
            cin>>a[i][j];
        init=(1<<n)-1;
        solve();
        int ans=dp[0];
        if(ans==INF) cout<<-1<<endl;
        else cout<<ans<<endl;
        return 0;

    }

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