二進位枚舉(三)

来源:https://www.cnblogs.com/cs-whut/archive/2022/11/27/16929956.html
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如果只是想簡單地對整個程式做計算統計,通常使用UNIX下的time命令就足夠了。由於我用的是Mac系統,和Linux系統的輸出可能有不同,不過關鍵都是這三個時間:user: 運行用戶態代碼所花費的時間,也即CPU實際用於執行該進程的時間,其他進程和進程阻塞的時間不計入此數字;system: 在內核中... ...


       下麵繼續通過幾個示例體會二進位枚舉方法的應用。

【例1】建造碉堡

問題描述

設有一個街道筆直的方形城市。該城市的地圖是一個有n行和n列的正方形,每行代表一條街道或一堵牆。

碉堡是一座有四個開口的小城堡,可以通過這些開口射擊。四個開口分別面向北、東、南和西。每個開口都會有一支機槍射擊。 

假設一顆子彈威力巨大,它可以穿越任何距離,併在途中摧毀一座碉堡。另一方面,一堵牆是如此堅固,可以阻擋子彈。

你的目標是在該城市中建造儘可能多的碉堡,建造的碉堡要求任意兩座碉堡都不會互相摧毀。也就是說沒有兩個碉堡位於同一水平行或垂直列上,除非至少有一堵牆將它們隔開。

例如,圖1(a)是沒有建造碉堡的初始初始狀態(圖中正方形黑塊代表牆);圖1(b)和(c)是建造可行方案(圖中黑色實心圓代表建造的碉堡),圖1(d)和(e)是建造不可行的方案。對圖1(a)所示的城市狀態,最多可以建造5座碉堡。圖1(b)給出了一種可行的建造方案,當然還有其他幾種建造方案。

      

你的任務是編寫一個程式,在給定地圖描述的情況下,計算可以在城市中滿足要求建造的碉堡的最大數量。

輸入

輸入包括多組測試用例。每組測試用例以包含正整數n的行開始,n是城市的大小,n最多為4。接下來的n行字元串分別描述地圖的一行,其中字元.表示開放空間,大寫字母X表示牆。輸入字元串中沒有空格。n=0,表示輸入結束。

輸出

對於每個測試用例,輸出一行,其中包含可以在城市中滿足要求建造的碉堡的最大數量。

輸入樣例

4

.X..

....

XX..

....

2

XX

.X

3

.X.

X.X

.X.

4

....

....

....

....

0

輸出樣例

5

1

5

4

       (1)編程思路。

        由於題目中n不大於4,地圖中最多16個位置。因此,可以採用二進位枚舉的方法,枚舉在這n*n個位置中任選若幹個位置建造碉堡的各種組合情況,然後對每個組合情況,逐個判斷該組合情況中所建造的每個碉堡的可行性。

       (2)源程式。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int n;
char a[5][5];
int dir[4][2] = {1,0,0,1,-1,0,0,-1};
int judge(int x)    // 判斷計算二進位數表示的狀態x中的1位是否都能建造碉堡,如不能返回1;否則返回可建造的碉堡個數
{
    char b[5][5];
    int c[20], tot = 0;              // 分別保存碉堡建造的位置和總個數
    memcpy(b, a, sizeof(a));
    int i,j;
    for (i = 0; i < n * n; i++)      // 在二進位狀態x中的1位建造碉堡
    {
        if (x & (1 << i))
        {
            int xx = i / n;
            int yy = i % n;
            if (b[xx][yy] == 'X')     // 剪枝,如果碉堡建造在牆上,直接返回-1
                return -1;
            b[xx][yy] = 'a';         // 建造碉堡
            c[tot++] = i;
        }
    }
    for (i = 0; i < tot; i++)        // 看建造的每個碉堡是否可行
    {
        int x1 = c[i] / n;
        int y1 = c[i] % n;
        for (j = 0; j < 4; j++)      // 四個方向遍歷
        {
            int x2 = x1 + dir[j][0];
            int y2 = y1 + dir[j][1];
            while(x2 >= 0 && x2 < n && y2 >= 0 && y2 < n)// 控制邊界
            {
                if(b[x2][y2] == 'X')   break;      // 碰到牆跳出迴圈
                if(b[x2][y2] == 'a')   return -1;  // 碰到另一個碉堡'a',不可行
                x2 += dir[j][0];                   // 繼續往這方向遍歷
                y2 += dir[j][1];
            }
        }
    }
    return tot;
}
int main()
{
    while(scanf("%d",&n) && n!=0)
    {
        int ans = 0;
        int i;
        for (i = 0; i < n; i++)
            scanf("%s",a[i]);
        for (i = 0; i < (1 << (n * n)); i++)       // 二進位枚舉地圖各點建造碉堡的全部組合
        {
            int cnt=judge(i);
            if (cnt>ans) ans = cnt;
        }
        printf("%d\n",ans);
    }
    return 0;
}

       將上面的源程式提交給HDU題庫 HDU 1045 Fire Net (http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=1045),可以Accepted。

【例2】子圖像

問題描述

如果可以從圖像B中刪除一些行和一些列的像素,生成的圖像與圖像A相同,則稱圖像A是圖像B的子圖像。圖2所示的圖像A是圖像B的子圖像,因為從圖像B中移除中間一行和中間一列的像素後,所產生的圖像與A相同。

    

 

給定兩個黑白圖像A和B,確定A是否是B的子圖像。

輸入

輸入第一行包含兩個整數r和c(1≤ r、c≤ 20),表示圖像A的行數和列數。以下r行,每行包含一個長度為c的字元串,給出一個r×c的0-1矩陣,表示圖像A的像素。下一行包含兩個整數R和C(r≤ R≤ 20,c≤ C≤ 20),表示圖像B的行數和列數。以下R行,每行包含一個長度為C的字元串,給出一個代表圖像B像素的R×C的0-1矩陣。0表示白色像素;1表示黑色像素。

輸出

如果圖像A是圖像B的子圖像,則輸出Yes;否則,輸出No

輸入樣例

2 2

11

10

3 3

101

000

100

輸出樣例

Yes

        (1)編程思路。

       可以通過在圖像B對應的0-1矩陣中尋找是否存在圖像A所對應的0-1矩陣來判斷圖像A是否是圖像B的子圖像。

       具體做法是:用二進位枚舉矩陣B中R行的組合,若枚舉的二進位數中1的個數正好為矩陣a的行數r,則表示可以在矩陣B的R行中選出矩陣A的r行。這種情況下,再用迴圈窮舉的方法,看矩陣B的C列中,是否可以選出c列,矩陣B選中的r行在這c列上的值與矩陣A的值一致。

        (2)源程式。

#include <stdio.h>
int main()
{
    char a[21][21],b[21][21];
    int na,ma,nb,mb;
    scanf("%d%d",&na,&ma);
    int i,j,k;
    for (i=0; i<na; i++)
        scanf("%s",a[i]);
    scanf("%d%d",&nb,&mb);
    for (i=0; i<nb; i++)
        scanf("%s",b[i]);
    int flag=0,h[21];
    for (k=0; k<(1<<nb); k++)              // 二進位枚舉B矩陣的行組合
    {
        int cnt=0;
        for (j =0; j<nb; j++)              // 遍歷二進位的每一位
        {
            if (k & (1 << j))              // 判斷二進位第j位是否為1,若為1,表示行選中
                h[cnt++]=j;                // 如果第j個元素選中,則記錄選中的行號
        }
        if (cnt==na)                       // 矩陣B選中的行數正好是矩陣A的行數na
        {
            int st=0;                      // 矩陣B中可以挑選的起始列號
            while (st<=mb-ma)
            {
                int cola=0,ff=1;
                for (i=st; i<mb; i++)      // 從矩陣B的起始列到最後列中看能否找到矩陣A的所有列
                {
                    ff=1;
                    for (j=0; j<na; j++)   // 矩陣A中各行的當前列在矩陣B選中行的某列是否一致
                        if(a[j][cola]!=b[h[j]][i])
                        {
                            ff=0;
                            break;
                        }
                    if (ff) cola++;
                    if (cola==ma) break;   // A矩陣的ma列全部可在B矩陣中找到
                }
                if (cola==ma)              // A矩陣的ma列全部可在B矩陣中找到
                {
                    flag=1;
                    break;
                }
                st++;                      // 當前起始列不恰當,將下一列作為起始列,重新找
            }
            if (flag==1) break;            // 已找到答案,退出迴圈
        }
    }
    if (flag) printf("Yes\n");
    else      printf("No\n");
    return 0;
}

        將上面的源程式提交給北大POJ題庫 POJ 3600 Subimage Recognition (http://poj.org/problem?id=3600),可以Accepted。

【例3】查找0-1矩陣

問題描述

給定一個M×N的0-1矩陣,你能找到一些讓每個列包含且僅包含一個1的行嗎。

輸入

輸入包括多組測試用例。每組測試用例的第一行輸入為M,N(M≤ 16,N≤ 300),接下來的M行每行包含N個用空格分隔的整數0或1。

輸出

對於每個測試用例,如果你能找到它,輸出Yes, I found it,否則輸出It is impossible

輸入樣例

3 3

0 1 0

0 0 1

1 0 0

4 4

0 0 0 1

1 0 0 0

1 1 0 1

0 1 0 0

輸出樣例

Yes, I found it

It is impossible

       (1)編程思路。

       本題同樣採用二進位枚舉各行的組合,再用位運算來判斷所選的那些行是否滿足每列只有一個1。

       由於題目中給出最多16行,因此可以用一個int型整數(32位>16)的每個二進位位來表示每列狀態。以輸入樣例中的4×4矩陣來說明。第0列4行上的數字分別為0、1、1、0,對應二進位數為110,將其對應的十進位整數6保存到數組元素col[0]中,第1列4行上的數字分別為0、0、1、1,對應二進位數為1100,將其對應的十進位整數12保存到數組元素col[1]中;同理,col[2]=0,col[3]=5。

      同樣,對應輸入樣例中的3×3矩陣,則有 col[0]=4,col[1]=1,col[2]=2。      

      當二進位枚舉到狀態i時,要判斷所選行中,第j列是否有且只有1個1。可以令t = col[j]&i,這樣就把枚舉的行裡面的1取了出來。因為在枚舉的二進位狀態i中,選中的行相應位為1,未選中的行相應位為0,而 0 & 1=0,這樣某列在未選中行上的1均會變成0。

     得到t值後,如果t=0,說明枚舉的這些行對應的某列裡面一個1都不含,肯定不滿足要求。如果 t != 0,再看 t&(t-1)的值,若該值等於0,表示 t 只有一個1,也就是在所選行中,第j列有且只有1個1;否則,t中不止1個1,不滿足要求。

       (2)源程式。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
    int m,n;
    while (scanf("%d%d", &m, &n)!=EOF){
        int col[301];
        int i,j,x,flag = 0;
        memset(col, 0, sizeof(col));
        for (i=0; i<m; i ++){                       // 輸入時預處理,將每列中各行0、1組成的二進位數轉換為十進位數保存到數組col中
            for (j=0; j<n; j++){
                scanf("%d",&x);
                if (x==1) col[j] += (1 << i);
                if (i==m-1 && col[j]==0) flag = 1;  // 若每列1的個數為0,顯然不可能
            }
        }
        if (flag){
            printf("It is impossible\n");
            continue;
        }
        for (i=1; i<(1<<m); i++){                   // 用二進位枚舉,對各行的組合進行選擇
            for (j = 0; j < n; j ++){
                int t = col[j] & i;
                if (t==0 || (t & (t-1))) {
                    break;
                }
            }
            if (j==n) {flag = 1; break; }
        }
        if (flag == 0)
           printf("It is impossible\n");
        else
           printf("Yes, I found it\n");
    }
    return 0;
}

        將上面的源程式提交給北大POJ題庫 POJ 3740 Easy Finding(http://poj.org/problem?id=3740),可以Accepted。


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