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高斯消元解異或方程組-開關問題

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<string>
#include<iomanip>
#include<vector>
#include<algorithm>
#include<cmath>
using namespace std;
typedef long long ll;
const int maxn=40;
const int inf=0x3f3f3f3f;
int a[maxn][maxn];//增廣矩陣
int x[maxn];//解集;
int free_x[maxn];//用來儲存自由變元(多解列舉自由變元使用)
int free_num;//不確定變元的個數
//有equ個方程,var個變元。增廣矩陣行數為equ,
//分別為0-equ-1,列數為var+1,分別為0到var
int equ,var;
int gauss()
{
    int i,j,k;
    int col;//當前處理的列
    int max_r;//當前這列絕對值最大的行
    free_num=0;
    //化為上三角
    for(k=0,col=0;k<equ&&col<var;k++,col++)
    {
        max_r=k;
        for(i=k+1;i<equ;i++)
        {
            if(abs(a[i][col])>abs(a[max_r][col]))
                max_r=i;
        }
        if(a[max_r][col]==0)
        {//絕對值最大是0,說明該col列k行一下全為零,則處理該行的下一列
            k--;
            free_x[free_num++]=col;//這個是自由變元
            continue;
        }
        if(max_r!=k)
        {
            for(i=col;i<=var;i++)
                swap(a[k][i],a[max_r][i]);
        }
        //找到該col列(當前處理的列)絕對值最大的那行與第k行交換(為了在除法時減少誤差)
        for(i=k+1;i<equ;i++)//列舉要消去的行
        {
            if(a[i][col])
                {
                    for(j=col;j<=var;j++)
                        a[i][j]^=a[k][j];
                }
        }
    }
    // //此時k的值表示的是係數矩陣的值都為0的那些行的第一行
    for(i=k;i<equ;i++)
    {
        if(a[i][col])
            return -1;//無解
    }
    if(var>k)//無窮解
        return var-k;//自由變元個數
    for(i=var-1;i>=0;i--)//唯一解
    {
        x[i]=a[i][var];
        for(j=i+1;j<var;j++)
            x[i]^=(a[i][j]&&x[j]);
    }
    return 0;
}
void dfs(int x,int y)
{
    int t=x*6+y;
    int dx[2]={1,-1};
    int dy[2]={1,-1};
    a[t][t]=1;//對自己的影響!
    for(int i=0;i<2;i++)
    {
        if(y+dx[i]>=0&&y+dx[i]<=5)
        {
            int tt=x*6+y+dx[i];
            a[tt][t]=1;
        }
    }
    for(int i=0;i<=2;i++)
    {
        if(x+dy[i]>=0&&x+dy[i]<=4)
        {
            int tt=(x+dy[i])*6+y;
            a[tt][t]=1;
        }
    }
}
int main()
{
    int n,i,j,ca,l,d,res;
    ca=0;
    scanf("%d",&n);
    while(n--)
    {
        memset(a,0,sizeof(a));
        memset(x,0,sizeof(x));
        l=0;
        for(i=0;i<5;i++)
        {
            for(j=0;j<6;j++)
              {
                  scanf("%d",&d);
                  a[l++][30]=d;//構造增廣矩陣
              }
        }
        for(i=0;i<5;i++)
        {
            for(j=0;j<6;j++)
                dfs(i,j);//構造曾廣矩陣,按列賦值
        }
        equ=var=30;
        res=gauss();
        printf("PUZZLE #%d\n",++ca);
        for(i=0;i<30;i++)
        {
            printf("%d",x[i]);
            if((i+1)%6==0)
                printf("\n");
            else
            printf(" ");
        }
    }
}

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<string>
#include<iomanip>
#include<vector>
#include<algorithm>
#include<cmath>
using namespace std;
typedef long long ll;
const int maxn=16*16;
const int inf=0x3f3f3f3f;
int a[maxn][maxn];//增廣矩陣
int x[maxn];//解集;
int free_x[maxn];//用來儲存自由變元(多解列舉自由變元使用)
int free_num;//不確定變元的個數
//有equ個方程,var個變元。增廣矩陣行數為equ,
//分別為0-equ-1,列數為var+1,分別為0到var
int equ,var;
int gauss()
{
    int i,j,k;
    int col;//當前處理的列
    int max_r;//當前這列絕對值最大的行
    free_num=0;
    //化為上三角
    for(k=0,col=0;k<equ&&col<var;k++,col++)
    {
        max_r=k;
        for(i=k+1;i<equ;i++)
        {
            if(abs(a[i][col])>abs(a[max_r][col]))
                max_r=i;
        }
        if(a[max_r][col]==0)
        {//絕對值最大是0,說明該col列k行一下全為零,則處理該行的下一列
            k--;
            free_x[free_num++]=col;//這個是自由變元
            continue;
        }
        if(max_r!=k)
        {
            for(i=col;i<=var;i++)
                swap(a[k][i],a[max_r][i]);
        }
        //找到該col列(當前處理的列)絕對值最大的那行與第k行交換(為了在除法時減少誤差)
        for(i=k+1;i<equ;i++)//列舉要消去的行
        {
            if(a[i][col])
                {
                    for(j=col;j<=var;j++)
                        a[i][j]^=a[k][j];
                }
        }
    }
    // //此時k的值表示的是係數矩陣的值都為0的那些行的第一行
    for(i=k;i<equ;i++)
    {
        if(a[i][col])
            return -1;//無解
    }
    if(var>k)//無窮解
        return var-k;//自由變元個數
    for(i=var-1;i>=0;i--)//唯一解
    {
        x[i]=a[i][var];
        for(j=i+1;j<var;j++)
            x[i]^=(a[i][j]&&x[j]);
    }
    return 0;
}
void dfs(int x,int y,int n)
{
    int t=x*n+y;
    int dx[2]={1,-1};
    int dy[2]={1,-1};
    a[t][t]=1;//對自己的影響!
    for(int i=0;i<2;i++)
    {
        if(y+dx[i]>=0&&y+dx[i]<=n-1)
        {
            int tt=x*n+y+dx[i];
            a[tt][t]=1;
        }
    }
    for(int i=0;i<=2;i++)
    {
        if(x+dy[i]>=0&&x+dy[i]<=n-1)
        {
            int tt=(x+dy[i])*n+y;
            a[tt][t]=1;
        }
    }
}
int solve()
{
    int t=gauss();
    if(t==-1)
        return -1;//無解
    else if(t==0)//唯一解
    {
        int ans=0;
        for(int i=0;i<equ;i++)
            ans+=x[i];//按幾下,即x[i]有幾個1
        return ans;
    }
    else//無窮解,列舉自由變元,找出最小的步數
    {
        int ans=inf;
        int tot=(1<<t);//t=var-k;
        for(int i=0;i<tot;i++)
        {
            int cnt=0;
            for(int j=0;j<t;j++)
            {
                if(i&(1<<j))
                {
                    x[free_x[j]]=1;
                    cnt++;
                }
                else
                    x[free_x[j]]=0;
            }
            for(int j=var-t-1;j>=0;j--)
            {
                int idx;
                for(idx=j;idx<var;idx++)
                    if(a[j][idx])
                    break;
                x[idx]=a[j][var];
                for(int l=idx+1;l<var;l++)
                    if(a[j][l])
                    x[idx]^=x[l];
                cnt+=x[idx];
            }
            ans=min(ans,cnt);
        }
        return ans;
    }
}
int main()
{
    int t,n,i,j,l,res;
    string s;
    scanf("%d",&t);
    while(t--)
    {
        scanf("%d",&n);
        equ=var=n*n;
        memset(a,0,sizeof(a));
        memset(x,0,sizeof(x));
        l=0;
        for(i=0;i<n;i++)
        {
            cin>>s;
            for(j=0;j<n;j++)
            {
                if(s[j]=='y')
                    a[l++][n*n]=0;
                else
                    a[l++][n*n]=1;
            }
        }
        for(i=0;i<n;i++)
        {
            for(j=0;j<n;j++)
            {
                dfs(i,j,n);
            }
        }
        res=solve();
        if(res==-1)
            printf("inf\n");
        else
            printf("%d\n",res);
    }
}
#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<string>
#include<iomanip>
#include<vector>
#include<algorithm>
#include<cmath>
using namespace std;
typedef long long ll;
const int maxn=16*16;
const int inf=0x3f3f3f3f;
int a[maxn][maxn];//增廣矩陣
int x[maxn];//解集;
int free_x[maxn];//用來儲存自由變元(多解列舉自由變元使用)
int free_num;//不確定變元的個數
//有equ個方程,var個變元。增廣矩陣行數為equ,
//分別為0-equ-1,列數為var+1,分別為0到var
int equ,var;
int gauss()
{
    int i,j,k;
    int col;//當前處理的列
    int max_r;//當前這列絕對值最大的行
    free_num=0;
    //化為上三角
    for(k=0,col=0;k<equ&&col<var;k++,col++)
    {
        max_r=k;
        for(i=k+1;i<equ;i++)
        {
            if(abs(a[i][col])>abs(a[max_r][col]))
                max_r=i;
        }
        if(a[max_r][col]==0)
        {//絕對值最大是0,說明該col列k行一下全為零,則處理該行的下一列
            k--;
            free_x[free_num++]=col;//這個是自由變元
            continue;
        }
        if(max_r!=k)
        {
            for(i=col;i<=var;i++)
                swap(a[k][i],a[max_r][i]);
        }
        //找到該col列(當前處理的列)絕對值最大的那行與第k行交換(為了在除法時減少誤差)
        for(i=k+1;i<equ;i++)//列舉要消去的行
        {
            if(a[i][col])
                {
                    for(j=col;j<=var;j++)
                        a[i][j]^=a[k][j];
                }
        }
    }
    // //此時k的值表示的是係數矩陣的值都為0的那些行的第一行
    for(i=k;i<equ;i++)
    {
        if(a[i][col])
            return -1;//無解
    }
    if(var>k)//無窮解
        return var-k;//自由變元個數
    for(i=var-1;i>=0;i--)//唯一解
    {
        x[i]=a[i][var];
        for(j=i+1;j<var;j++)
            x[i]^=(a[i][j]&&x[j]);
    }
    return 0;
}
void dfs(int x,int y)
{
    int t=x*4+y;
    int dx[2]={1,-1};
    int dy[2]={1,-1};
    a[t][t]=1;
    for(int i=0;i<2;i++)
    {
        if(y+dx[i]>=0&&y+dx[i]<=3)
        {
            int tt=x*4+y+dx[i];
            a[tt][t]=1;
        }
    }
    for(int i=0;i<2;i++)
    {
        if(x+dy[i]>=0&&x+dy[i]<=3)
        {
            int tt=(x+dy[i])*4+y;
            a[tt][t]=1;
        }
    }
}
int solve()
{
    int t=gauss();
    if(t==-1)
        return -1;//無解
    else if(t==0)//唯一解
    {
        int ans=0;
        for(int i=0;i<equ;i++)
            ans+=x[i];//按幾下,即x[i]有幾個1
        return ans;
    }
    else//無窮解,列舉自由變元,找出最小的步數
    {
        int ans=inf;
        int tot=(1<<t);//t=var-k;
        for(int i=0;i<tot;i++)
        {
            int cnt=0;
            for(int j=0;j<t;j++)
            {
                if(i&(1<<j))
                {
                    x[free_x[j]]=1;
                    cnt++;
                }
                else
                    x[free_x[j]]=0;
            }
            for(int j=var-t-1;j>=0;j--)
            {
                int idx;
                for(idx=j;idx<var;idx++)
                    if(a[j][idx])
                    break;
                x[idx]=a[j][var];
                for(int l=idx+1;l<var;l++)
                    if(a[j][l])
                    x[idx]^=x[l];
                cnt+=x[idx];
            }
            ans=min(ans,cnt);
        }
        return ans;
    }
}
int main()
{
    int i,j,res1,res2,l;
    string s,ss[10];
    l=0;
    memset(a,0,sizeof(a));
    memset(x,0,sizeof(x));
    for(i=0;i<4;i++)
    {
       cin>>s;
       ss[i]=s;
       for(j=0;j<4;j++)
       {
           if(s[j]=='b')
            a[l++][16]=1;
            else
            //l++;
            a[l++][16]=0;
       }
    }//cout<<l<<endl;
    for(i=0;i<4;i++)
    {
        for(j=0;j<4;j++)
            dfs(i,j);
    }
    equ=var=16;
    res1=solve();
    memset(a,0,sizeof(a));
    memset(x,0,sizeof(x));
    l=0;
    for(i=0;i<4;i++)
    {
        //cout<<ss[i]<<endl;
        for(j=0;j<4;j++)
        {
            if(ss[i][j]=='w')
                a[l++][16]=1;
            else
                //l++;
                a[l++][16]=0;
        }
    }//cout<<l<<endl;
    for(i=0;i<4;i++)
    {
        for(j=0;j<4;j++)
            dfs(i,j);
    }
    res2=solve();
    //cout<<res1<<" "<<res2<<endl;
    if(res1==-1&&res2==-1)
    printf("Impossible\n");
    else if(res1==-1)
    printf("%d\n",res2);
    else if(res2==-1)
     printf("%d\n",res1);
    else
    printf("%d\n",min(res1,res2));
}
#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<string>
#include<iomanip>
#include<vector>
#include<algorithm>
#include<cmath>
using namespace std;
typedef long long ll;
const int maxn=16*16;
const int inf=0x3f3f3f3f;
int a[maxn][maxn];//增廣矩陣
int x[maxn];//解集;
int free_x[maxn];//用來儲存自由變元(多解列舉自由變元使用)
int free_num;//不確定變元的個數
//有equ個方程,var個變元。增廣矩陣行數為equ,
//分別為0-equ-1,列數為var+1,分別為0到var
int equ,var;
int gauss()
{
    int i,j,k;
    int col;//當前處理的列
    int max_r;//當前這列絕對值最大的行
    free_num=0;
    //化為上三角
    for(k=0,col=0;k<equ&&col<var;k++,col++)
    {
        max_r=k;
        for(i=k+1;i<equ;i++)
        {
            if(abs(a[i][col])>abs(a[max_r][col]))
                max_r=i;
        }
        if(a[max_r][col]==0)
        {//絕對值最大是0,說明該col列k行一下全為零,則處理該行的下一列
            k--;
            free_x[free_num++]=col;//這個是自由變元
            continue;
        }
        if(max_r!=k)
        {
            for(i=col;i<=var;i++)
                swap(a[k][i],a[max_r][i]);
        }
        //找到該col列(當前處理的列)絕對值最大的那行與第k行交換(為了在除法時減少誤差)
        for(i=k+1;i<equ;i++)//列舉要消去的行
        {
            if(a[i][col])
                {
                    for(j=col;j<=var;j++)
                        a[i][j]^=a[k][j];
                }
        }
    }
    // //此時k的值表示的是係數矩陣的值都為0的那些行的第一行
    for(i=k;i<equ;i++)
    {
        if(a[i][col])
            return -1;//無解
    }
    if(var>k)//無窮解
        return var-k;//自由變元個數
    for(i=var-1;i>=0;i--)//唯一解
    {
        x[i]=a[i][var];
        for(j=i+1;j<var;j++)
            x[i]^=(a[i][j]&&x[j]);
    }
    return 0;
}
void dfs(int x,int y)
{
    int t=x*20+y;
    int dx[2]={1,-1};
    a[t][t]=1;
    for(int i=0;i<2;i++)
    {
        if(y+dx[i]>=0&&y+dx[i]<=19)
        {
            int tt=x*20+y+dx[i];
            a[tt][t]=1;
        }
    }
}
int solve()
{
    int t=gauss();
    if(t==-1)
        return -1;//無解
    else if(t==0)//唯一解
    {
        int ans=0;
        for(int i=0;i<equ;i++)
            ans+=x[i];//按幾下,即x[i]有幾個1
        return ans;
    }
    else//無窮解,列舉自由變元,找出最小的步數
    {
        int ans=inf;
        int tot=(1<<t);//t=var-k;
        for(int i=0;i<tot;i++)
        {
            int cnt=0;
            for(int j=0;j<t;j++)
            {
                if(i&(1<<j))
                {
                    x[free_x[j]]=1;
                    cnt++;
                }
                else
                    x[free_x[j]]=0;
            }
            for(int j=var-t-1;j>=0;j--)
            {
                int idx;
                for(idx=j;idx<var;idx++)
                    if(a[j][idx])
                    break;
                x[idx]=a[j][var];
                for(int l=idx+1;l<var;l++)
                    if(a[j][l])
                    x[idx]^=x[l];
                cnt+=x[idx];
            }
            ans=min(ans,cnt);
        }
        return ans;
    }
}
int main()
{
    int i,j,d,l,res;
    memset(a,0,sizeof(a));
    memset(x,0,sizeof(x));
    l=0;
    for(i=0;i<20;i++)
    {
        scanf("%d",&d);
        a[l++][20]=d;
    }
    for(i=0;i<1;i++)
    {
        for(j=0;j<20;j++)
        {
            dfs(i,j);
        }
    }
    equ=var=20;
    res=solve();
    printf("%d\n",res);
}
#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<string>
#include<iomanip>
#include<vector>
#include<algorithm>
#include<cmath>
using namespace std;
typedef long long ll;
const int maxn=16*16;
const int inf=0x3f3f3f3f;
int a[maxn][maxn];//增廣矩陣
int x[maxn];//解集;
int free_x[maxn];//用來儲存自由變元(多解列舉自由變元使用)
int free_num;//不確定變元的個數
//有equ個方程,var個變元。增廣矩陣行數為equ,
//分別為0-equ-1,列數為var+1,分別為0到var
int equ,var;
int gauss()
{
    int i,j,k;
    int col;//當前處理的列
    int max_r;//當前這列絕對值最大的行
    free_num=0;
    //化為上三角
    for(k=0,col=0;k<equ&&col<var;k++,col++)
    {
        max_r=k;
        for(i=k+1;i<equ;i++)
        {
            if(abs(a[i][col])>abs(a[max_r][col]))
                max_r=i;
        }
        if(a[max_r][col]==0)
        {//絕對值最大是0,說明該col列k行一下全為零,則處理該行的下一列
            k--;
            free_x[free_num++]=col;//這個是自由變元
            continue;
        }
        if(max_r!=k)
        {
            for(i=col;i<=var;i++)
                swap(a[k][i],a[max_r][i]);
        }
        //找到該col列(當前處理的列)絕對值最大的那行與第k行交換(為了在除法時減少誤差)
        for(i=k+1;i<equ;i++)//列舉要消去的行
        {
            if(a[i][col])
                {
                    for(j=col;j<=var;j++)
                        a[i][j]^=a[k][j];
                }
        }
    }
    // //此時k的值表示的是係數矩陣的值都為0的那些行的第一行
    for(i=k;i<equ;i++)
    {
        if(a[i][col])
            return -1;//無解
    }
    return 1<<(var-k);
}
void dfs(int x,int y)
{
    int t=x*20+y;
    int dx[2]={1,-1};
    a[t][t]=1;
    for(int i=0;i<2;i++)
    {
        if(y+dx[i]>=0&&y+dx[i]<=19)
        {
            int tt=x*20+y+dx[i];
            a[tt][t]=1;
        }
    }
}
int main()
{
    int k,n,aaa,bbb,i,c[maxn],d[maxn],l,j,res;
    scanf("%d",&k);
    while(k--)
    {
        scanf("%d",&n);
        for(i=0;i<n;i++)
            scanf("%d",&c[i]);
        for(i=0;i<n;i++)
            scanf("%d",&d[i]);
        l=0;
        memset(a,0,sizeof(a));
        for(i=0;i<n;i++)
        {
            a[l++][n]=c[i]^d[i];
        }
        for(i=0;i<n;i++)
            a[i][i]=1;
        while(scanf("%d%d",&aaa,&bbb))
        {
            if(aaa==0&&bbb==0)
                break;
            aaa-=1;
            bbb-=1;
            a[bbb][aaa]=1;
        }
        equ=var=n;
        res=gauss();
        if(res==-1)
            printf("Oh,it's impossible~!!\n");
        else
            printf("%d\n",res);
    }
}