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熄灯问题(ACM)(枚举案例)

程序员文章站 2022-06-02 22:42:40
...

说明:算法并非原创,来源于网上大神,本文只是对算法进行详细的解释。题目来源 - [NOI OpenJudge]

问题描述
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。

输入数据
第一行是一个正整数N,表示需要解决的案例数。每个案例由5行组成,每一行包括6个数字。这些数字以空格隔开,可以是0或1。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。
输出要求
对每个案例,首先输出一行,输出字符串“PUZZLE #m”,其中m是该案例的序号。接着按照该案例的输入格式输出5行,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。每个数字以一个空格隔开。
[plain] view plain copy
输入样例
2
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
0 0 1 0 1 0
1 0 1 0 1 1
0 0 1 0 1 1
1 0 1 1 0 0
0 1 0 1 0 0

[plain] view plain copy
输出样例
PUZZLE #1
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
PUZZLE #2
1 0 0 1 1 1
1 1 0 0 0 0
0 0 0 1 0 0
1 1 0 1 0 1
1 0 1 1 0 1
**

方法一、

**
问题分析图
熄灯问题(ACM)(枚举案例)

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

using namespace std;
void SetValue(int s,int j,char &c)//设置某一个位置的值;
{
    if(s){//如果是1
        c = c|(1<<j);
    }
    else{//如果是0
        c = c&(~(1<<j));
    }
}


int GetValue(const char c,int j)//获取某一个位置的值;
{
    return (c>>j)&1;

}


void GetOppose(char &c,int j)//将某一个位置的值,取反;
{
    c = c^(1<<j);


}


void print(char c[],int t)
{


    cout << "PUZZLE #" << t << endl;

    for( int i = 0;i<5;i++){
//        for( int  j = 5; j>=0; j-- ){
        for(int j = 0;j<6;j++){
            cout << GetValue(c[i], j)<<" ";
        }
        cout<<endl;
    }

}




int main()
{
    char Oriligths[5] = {0};//原始的熄灭状态
    char Ligths[5] = {0};//变化中的灯的熄灭状态
    char Result[5] = {0};//最后的结果,,开关的状态;
    char flag ;//每行开关的状态;;
    int caseNO = 0;
    cin>>caseNO;

     for(int t = 1;t<=caseNO;t++){
        memset(Oriligths,0,sizeof(Oriligths));//清空原来在这个空间中的数据
        for(int i = 0;i<5;i++){
            for(int j = 0;j<6;j++){

                int s= 0;
                cin>>s;
                SetValue(s, j, Oriligths[i]); //将值放进char这个字节的相应的位置上;
            }
        }//输入操作;

        for( int n = 0;n<64;n++){//64中情况每一种都一个一个枚举
            memcpy(Ligths, Oriligths, sizeof(Oriligths));//拷贝chu_chi_biao过来作为他的初始状态
            flag = n;//表示第一行开关的状态;


            for(int i = 0;i<5;i++){
                Result[i] = flag;//将第一行的开关的状态拷贝给第一行的开关状态结果;

                for(int j = 0;j<6;j++){
                    if(GetValue(flag,j)){//这个地方开关状态的值是1
                        if(j>0)
                            GetOppose(Ligths[i], j-1);      //改变这个灯的左边的灯熄灭状态;
                        if(j<5)
                            GetOppose(Ligths[i],j+1);   //改变这个灯的右边的灯熄灭状态;
                        GetOppose(Ligths[i], j);       //改变当前的熄灭状态;
                    }

                }//第i行的开关状态和熄灭状态确定;
                if(i<4){
                    Ligths[i+1] ^= flag;     //先将下一行改变的值进行变化;
                }
                flag = Ligths[i];   //下一行的开关状态也确定了;
            }
                //            判断最后一行是不是都为0;是就是打印Result的值;不是就继续下一个假设;
            if(Ligths[4]==0){
                print(Result,t);
                break;
            }

        }
    }
    return 0;


}


方法二

来源:http://blog.csdn.net/qianli_jiang/article/details/53420362

为了叙述方便,为按钮矩阵中的每个位置分别指定一个坐标。用数组元素 puzzle[i][j] 表示位置 (i, j) 上灯的初始状态:1 表示灯是被点亮的;0 表示灯是熄灭的。用数组元素 press[i] [j] 表示为了让全部的灯都熄灭,是否要按下位置 (i, j) 上的按钮:1 表示要按下;0 表示不用按下。

由于第 0 行、第 0 列和第 7 列不属于按钮矩阵的范围,没有按钮,可以假设这些位置上的灯总是熄灭的,按钮也不用按下。其它 30 个位置上的按钮是否需要按下是未知的。因此数组 press 共有 230种取值。从这么大的一个空间中直接搜索我们要找的答案,显然代价太大、不合适。

我们从熄灯的规则中,发现答案中的元素值之间的规律。不满足这个规律的数组 press,就没有必要进行判断了。根据熄灯规则,如果矩阵 press 是寻找的答案,那么按照 press 的第一行对矩阵中的按钮操作之后,此时在矩阵的第一行上:

如果位置 (1, j) 上的灯是点亮的,则要按下位置 (2, j) 上按钮,即 press[2] [j] 一定取 1;
如果位置 (1, j) 上的灯是熄灭的,则不能按位置 (2, j) 上按钮,即 press[2] [j] 一定取 0。
因为灯的最后状态(是否按它下一行开关之前)与周围灯是否按按钮有关,如 puzzle[i] [j],决定它最后状态的相关按钮为 press[i] [j-1] (左),press[i][j](它本身),press[i] [j+1](右),press[i-1][j](上),还有它最初的状态 puzzle[i] [j]。考虑到按两次按钮作用会抵消,需要取它们的和与2的余数,所以puzzle[i] [j] 最后状态公式为:

puzzle[i][j]最后状态 = (press[i][j-1]+press[i][j]+press[i][j+1]+press[i-1][j]+ puzzle[i] [j] ) % 2
而press[i+1] [j] 由 puzzle[i] [j] 的最后状态决定,灯亮着(值为1)就要关掉它,press值取1,灯是熄灭的(值为0)不用处理,press值取0,它们是相等的,所以press[i+1] [j] = puzzle[i] [j] 最后状态。

这样依据 press 的第一、二行操作矩阵中的按钮,才能保证第一行的灯全部熄灭。而对矩阵中第三、四、五行的按钮无论进行什么样的操作,都不影响第一行各灯的状态。依此类推,可以确定 press 第三、四、五行的值。因此,一旦确定了 press 第一行的值之后,为熄灭矩阵中第一至四行的灯,其他行的值也就随之确定了。

press 的第一行共有 64(2^7)种取值,分别对应唯一的一种 press 取值,使得矩阵中前四行的灯都能熄灭。只要对这 64种情况进行判断就可以了:如果按照其中的某个 press对矩阵中的按钮进行操作后,第五行的所有灯也恰好熄灭,则找到了答案。

我们这样来判断第五行灯是否是熄灭的,如puzzle[5] [j], 它的最终状态由按钮press[5] [j-1] (左),press[5][j](它本身),press[5] [j+1](右),press[4] [j](上)决定,如果puzzle[5] [j]原先亮着(值为1),那么决定它最终状态的按钮作用互相抵消后,某一个按钮仍然需要是按下的(值为1),如果puzzle[5] [j]原先熄灭的(值为0),那么决定它最终状态的按钮作用互相抵消后,没有按钮是按下的(值为0)。判断公式为:

if ( puzzle [5] [j] == ( press [5] [j-1] + press [5] [j] + press [5] [j+1] + press [4] [j] )
如果是相等的,则该灯是熄灭的,否则它还是亮着的。
C++代码

#include<stdio.h>
int press[6][8];
int puzzle[6][8];

bool guess(){
    int i,j;
    for(i=2;i<=5;i++)
    {
        for(j=1;j<=6;j++)
        {
            // 根据同列的上一行灯的最后状态,来决定是否按按钮
            press[i][j] = ( press[i-1][j]
                            + puzzle[i-1][j]
                            + press[i-1][j-1]
                            + press[i-2][j]
                            + press[i-1][j+1] ) %2;
        }
    }

    for(j=1;j<=6;j++) 
    {
        // 逐一判断第五行的灯是否都熄灭               
        if( puzzle[5][j] != (press[5][j] + press[5][j-1] + press[5][j+1] + press[4][j]) %2 )
            return false;
    }

    return true;
}

void process() {

    int c;
    for(c=1; c<=6; c++)
        press[1][c]=0;

    while( !guess() ) 
    {
        // 采用二进制进位的算法,从000000 - 111111枚举第一行按钮的方式
        press[1][1]++;
        c=1;                
        while(press[1][c]>1)
        {
            press[1][c]=0;
            c++;
            press[1][c]++;
        }


    }
}

int main(){
    int t,i,n,j;
    // 初始化0行的所有元素
    for(i=0;i<8;i++)
    press[0][i]=puzzle[0][i]=0;
    // 初始化0列,7列的所有元素
    for(i=1;i<6;i++)
        press[i][0]=puzzle[i][0]=press[i][7]=puzzle[i][7]=0;

    for(i=1;i<=5;i++)
        for(j=1;j<=6;j++)
            scanf("%d",&puzzle[i][j]);

    process();

    for(i=1;i<=5;i++){
        for(j=1;j<=6;j++){
            printf("%d ",press[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }

    return 0;
}