题目描述:
有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、下、左、右)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。
如下图所示,左图表示灯的初始状态为全亮,X表示按下操作,右图表示按下后矩阵的状态。
如下图所示,当有相邻两个按钮相继按下时,对它们相邻按钮的状态不发生变化。
对矩阵中的每栈灯设置一个初始状态,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。
输入:
第一行是一个正整数N,代表需要解决的案例数。
每个案例5行组成,每一行包括6个数字(0或1)。相邻两个数字之间用单个空格隔开。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:
对于每个案例,首先输出一行字符串“PUZZLE #m”,其中m是该案例的序号。
5行组成,每一行包括6个数字(0或1)。相邻两个数字之间用单个空格隔开。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。
样例输入:
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---------------------
样例输出:
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---------------------解题思路:
第一想法:
枚举所有可能的按钮(开关)状态, 对每个状态,计算一下最后灯的情况, 看是否都熄灭。每个按钮有两种状态(按下或不按下),一共有30个开关, 那么状态数是230, 太多, 会超时 。
如何减少枚举的状态数目呢?基本思路: 如果存在某个局部, 一旦这个局部的状态被确定, 那么剩余其他部分的状态只能是确定的一种, 或者不多的n种, 那么就只需枚举这个局部的状态即可。
1)因为第1行的各开关操作方案确定的情况下, 这些开关操作过后,将导致第1行某些灯是亮的, 某些灯是灭的。
要熄灭第1行某个亮着的灯(假设位于第i列), 那么唯一的办法就是按下第2行第i列的开关。(因为第1行的开关已经用过了, 而第3行及其后的开关不会影响到第1行)为了使第1行的灯全部熄灭, 第2行的合理开关操作方案就是唯一的 。2)第2行的开关操作过后,为了熄灭第2行的灯, 第3行的合理开关操作方案就也是唯一的。以此类推, 最后一行的开关操作方案也是唯一的。只要第1行的操作方案定下来, 记作A, 那么剩余行的操作方案就是确定唯一的了 。
3)推算出最后一行的开关操作方案, 然后看看最后一行的开关操作过后,最后一行的所有灯是否都熄灭:如果是, 那么A就是一个解的状态; 如果不是, 那么A不是解的状态, 第1行换个状态重新试试。、
问题简化为:只需枚举第1行的操作方案, 状态数是2^6 = 64
有没有状态数更少的做法?
枚举第一列, 状态数是2^5 = 32
实现方案:
把按钮矩阵的第一行看作是一个二进制数,通过++来实现。
0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0
0 1 0 0 0 0
1 1 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0
.......
1 1 1 1 1 1
具体实现:
使用一个6*8的数组来表示按钮矩阵,因为对于原始的5*6的矩阵上对于边缘上的按钮和中间的按钮所影响的范围是不一样的,而我们想要简化数组下一行值的计算公式,所以多出来的第0行,0列,7列,不属于原press矩阵范围,可全置为0
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。
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,所以只要给定press的第一行的取值,其他行的值可以被相应的计算出来。
puzzle[i] [j] 最后状态公式为:
press[i+1][j] = 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
注: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。