poj1681 高斯消元

题目大意:
一个n*n 的方格 ,我们对它进行染色,每个格子都 可以 染成 白色和黄色,( 一旦我们对这个格子染色 ,他的上下左右 都将改变颜色);给定一个初始状态 , 求将 所有的 格子 染成黄色 最少需要染几次? 若 不能 染成 输出 “inf”
解题思路:
我们可以首先来构造一个矩阵,这个矩阵式干啥的呢,我们可以认为这个矩阵是按下一个格子之后它能够作用的范围,将能够作用的范围用1表示否则用0表示。来举个例子
就 根据一个3*3的矩阵,对于第一行第一列的元素来说,它可以影响的范围是它自己 还有它的右面的值和它的下面的值,矩阵中其余的值都是0,也就是说
A(0,0)=
1 1 0
1 0 0
0 0 0
A(0,1)=
1 1 1
1 0 0
0 0 0
现在我们设一个L矩阵,表示初始的状态,如果是y就是0,否则就是1,也就是说我们需要将当前的矩阵操为全是0的矩阵
L + x(1,1)*A(1,1) + x(1,2)*A(1,2) + x(1,3)*A(1,3) + x(2,1)*A(2,1) + … + x(3,3)*A(3,3) = 0 (1)
上述 方程的 x 表示的是一个未知数,因为我们不知道是否是按下这个按钮。那么x(i, j)=0表示不按,否则表示按。那么我们现在就是求一个这样的方程解最小的x,那么上述方程中的矩阵A可以用一个比较大 的矩阵n*n的来表示,然后就是转换一下关系就行了(具体在代码中有体现)。那么现在就是n个未知数,n个方程,在(1)中,可以两边加上L,那么就是变成了:
x(1,1)*A(1,1) + x(1,2)*A(1,2) + x(1,3)*A(1,3) + x(2,1)*A(2,1) + … + x(3,3)*A(3,3) = L(2)
X * A = L(类似这样的)
然后我们在枚举一下所有的状态:我们首先要枚举的是自由变元的个数,我们对它的所有状态都进行枚举,然后得到了如果符合状态的话就进行自由变元的赋值,然后我们在对可以确定的变元进行操作,那么肯定就是高斯中的回代过程,然后在进行判断,我们需要的就是最少的1,也就是最少能够操作的数。
具体还得详见代码:

n*n*n*n的矩阵
将网格编号,从左到右从上到下1到n,第i行表示每个开关对第i个开关影响多少,本题中每个开关最多操作一次,用的是异或版高斯消元

//<span style="font-size:18px;">
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <cmath>
using namespace std;
const int MAXN = 3e2+5;
const int INF = 1e9+5;
int equ, var;///equ个方程 var个变量
int a[MAXN][MAXN];///增广矩阵
int x[MAXN];///解的数目
bool free_x[MAXN];///判断是不是自由变元
int free_xx[MAXN];
int free_num;///自由变元的个数
inline int GCD(int m, int n)
{
    if(n == 0)
        return m;
    return GCD(n, m%n);
}
inline int LCM(int a, int b)
{
    return a/GCD(a,b)*b;
}
int n;
int Gauss()
{
    int Max_r;///当前列绝对值最大的存在的行
    ///col:处理当前的列
    int row = 0;
    int cnt = 0;///自由变元的编号
    for(int col=0; row<equ&&col<var; row++,col++)
    {
        Max_r = row;
        for(int i=row+1; i<equ; i++)///找当前列中最大的行
            if(abs(a[i][col]) > abs(a[Max_r][col]))
                Max_r = i;
        ///交换Max_r行 与 当前行
        if(Max_r != row)
            for(int i=0; i<var+1; i++)
                swap(a[row][i], a[Max_r][i]);

        if(a[row][col] == 0)
        {
            row--;
            free_xx[cnt++] = col;///后面的
            continue;
        }
        for(int i=row+1; i<equ; i++)
        {
            if(a[i][col])
            {
                for(int j=col; j<var+1; j++)
                    a[i][j] ^= a[row][j];
            }
        }
    } // row的值就是 rank 
    for(int i=row; i<equ; i++)
        if(a[i][var])
            return -1;///无解
    return var - row;///自由变元的个数
}
int Solve(int S)
{
    int s = (1<<S);///所有的状态
    int ans = INF;
    for(int i=0; i<s; i++)///枚举状态
    {
        int cnt = 0;
        memset(x, 0, sizeof(x));
        for(int j=0; j<S; j++)
        {
            if(i & (1<<j))
            {
                cnt++;///1的个数,也就是能够操作的个数
                x[free_xx[j]] = 1;//想象一个矩阵乘一个一维列向量,对应的是列向量的值 
            }
        }
        for(int j=var-S-1; j>=0; j--)
        {
            int tmp = a[j][var], tp, ok = 1;
            for(int k=j; k<var; k++)
            {
                if(a[j][k] && ok) //得找到该行第一个非0值,作为当前x的答案 
                {
                    tp = k;
                    ok = 0;
                }
                if(a[j][k] && k!=j)
                    tmp ^= x[k];
            }
            x[tp] = tmp;
            cnt += x[tp];
        }
        ans = min(ans, cnt);///最少的操作数
    }
    return ans;
}
int main()
{
    int T;
    cin>>T;
    while(T--)
    {
        cin>>n;
        equ = var = n*n;
        memset(a, 0, sizeof(a));//将网格编号,从左到右从上到下1到n,每一行表示第i个开关影响的是哪些个开关 
        for(int i=0; i<var; i++)
        {
            int ta = i%n, tb = i/n;
            a[i][i] = 1;
            if(ta > 0)
                a[i][i-1] = 1;
            if(ta < n-1)
                a[i][i+1] = 1;
            if(tb > 0)
                a[i][i-n] = 1;
            if(tb < n-1)
                a[i][i+n] = 1;//第i+n个开关对第i个开关影响1
        }
       /* for(int i = 0 ; i < var;i ++){
            for(int j = 0 ; j < var; j ++){
                cout << a[i][j] << " ";
            }
            cout<< endl;
        }*/ 
        //增广矩阵的最后一列,表示每个开关的状态 
        for(int i=0; i<n; i++)
        {
            for(int j=0; j<n; j++)
            {
                char ch;
                cin>>ch;
                if(ch == 'y')
                    a[i*n+j][var] = 0;
                else
                    a[i*n+j][var] = 1;
            }
        }
        int S = Gauss();
        if(S == -1)
            puts("inf");
        else
            cout<<Solve(S)<<endl;
    }
    return 0;
}
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