• hihocoder 1196 高斯消元.二


    传送门

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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。

     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:

    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[5][7];
    int a[30][31];
    int dx[]={0, 0, 0, 1, -1};
    int dy[]={0, 1, -1, 0, 0};
    int ok(int x, int y){
        return x>=0&&x<5&&y>=0&&y<6;
    }
    int swap(int i, int j){
        int tmp[31];
        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=0; i<n; i++){
            for(int j=i; j<n; j++)
                if(a[j][i]){
                    swap(i, j);
                    break;
                }
            for(int j=0; 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=0; i<5; i++)
            cin>>s[i];
        for(int i=0; i<5; i++)
            for(int j=0; j<6; j++){
                int now=6*i+j;
                for(int k=0; k<5; k++){
                    int x=i+dx[k], y=j+dy[k];
                    if(ok(x, y)){
                        int nei=6*x+y;
                        a[now][nei]=1;
                    } 
                }
                a[now][30]=(s[i][j]-'0')^1;
            }
        gauss(30);    
        int ans=0;
        for(int i=0; i<30; i++)
            ans+=a[i][30];
        cout<<ans<<endl;
        for(int i=0; i<30; i++)
            if(a[i][30])
                cout<<i/6+1<<' '<<i%6+1<<endl;
    }
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