邝斌的ACM模板(高斯消元法求方程组的解)
2017-08-13 15:36
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本博客整理自邝斌的ACM模板
2.10、高斯消元法求方程组的解
2.10.1 一类开关问题,对 2 取模的 01 方程组
POJ 1681 需要枚举自由变元,找解中 1 个数最少的
2.10.2 解同余方程组
POJ 2947 Widget Factory
2.10、高斯消元法求方程组的解
2.10.1 一类开关问题,对 2 取模的 01 方程组
POJ 1681 需要枚举自由变元,找解中 1 个数最少的
//对2取模的01方程组 const int MAXN = 300; //有equ个方程,var个变元。增广矩阵行数为equ,列数为var+1,分别为0到var int equ,var; int a[MAXN][MAXN]; //增广矩阵 int x[MAXN]; //解集 int free_x[MAXN];//用来存储自由变元(多解枚举自由变元可以使用) int free_num;//自由变元的个数 //返回值为-1表示无解,为0是唯一解,否则返回自由变元个数 int Gauss() { int max_r,col,k; free_num = 0; for(k = 0, col = 0 ; k < equ && col < var ; k++, col++) { max_r = k; for(int 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) { k--; free_x[free_num++] = col;//这个是自由变元 continue; } if(max_r != k) { for(int j = col; j < var+1; j++) swap(a[k][j],a[max_r][j]); } for(int i = k+1; i < equ; i++) { if(a[i][col] != 0) { for(int j = col; j < var+1; j++) a[i][j] ^= a[k][j]; } } } for(int i = k; i < equ; i++) if(a[i][col] != 0) return -1; //无解 if(k < var) return var-k;//自由变元个数 //唯一解,回代 for(int i = var-1; i >= 0; i--) { x[i] = a[i][var]; for(int j = i+1; j < var; j++) x[i] ^= (a[i][j] && x[j]); } return 0; } int n; void init() { memset(a,0,sizeof(a)); memset(x,0,sizeof(x)); equ = n*n; var = n*n; for(int i = 0; i < n; i++) for(int j = 0; j < n; j++) { int t = i*n+j; a[t][t] = 1; if(i > 0)a[(i-1)*n+j][t] = 1; if(i < n-1)a[(i+1)*n+j][t] = 1; if(j > 0)a[i*n+j-1][t] = 1; if(j < n-1)a[i*n+j+1][t] = 1; } } void solve() { int t = Gauss(); if(t == -1) { printf("inf\n"); return; } else if(t == 0) { int ans = 0; for(int i = 0; i < n*n; i++) ans += x[i]; printf("%d\n",ans); return; } else { //枚举自由变元 int ans = 0x3f3f3f3f; int tot = (1<<t); 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]) 4000 x[idx] ^= x[l]; cnt += x[idx]; } ans = min(ans,cnt); } printf("%d\n",ans); } } char str[30][30]; int main() { int T; scanf("%d",&T); while(T--) { scanf("%d",&n); init(); for(int i = 0; i < n; i++) { scanf("%s",str[i]); for(int j = 0; j < n; j++) { if(str[i][j] == 'y') a[i*n+j][n*n] = 0; else a[i*n+j][n*n] = 1; } } solve(); } return 0; }
2.10.2 解同余方程组
POJ 2947 Widget Factory
//求解对MOD取模的方程组 const int MOD = 7; const int MAXN = 400; int a[MAXN][MAXN];//增广矩阵 int x[MAXN];//最后得到的解集 inline int gcd(int a,int b) { while(b != 0) { int t = b; b = a%b; a = t; } return a; } inline int lcm(int a,int b) { return a/gcd(a,b)*b; } long long inv(long long a,long long m) { if(a == 1)return 1; return inv(m%a,m)*(m-m/a)%m; } int Gauss(int equ,int var) { int max_r,col,k; for(k = 0, col = 0; k < equ && col < var; k++,col++) { max_r = k; for(int 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) { k--; continue; } if(max_r != k) for(int j = col; j < var+1; j++) swap(a[k][j],a[max_r][j]); for(int i = k+1; i < equ; i++) { if(a[i][col] != 0) { int LCM = lcm(abs(a[i][col]),abs(a[k][col])); int ta = LCM/abs(a[i][col]); int tb = LCM/abs(a[k][col]); if(a[i][col]*a[k][col] < 0)tb = -tb; for(int j = col; j < var+1; j++) a[i][j] = ((a[i][j]*ta - a[k][j]*tb)%MOD + MOD)%MOD; } } } for(int i = k; i < equ; i++) if(a[i][col] != 0) return -1; //无解 if(k < var) return var-k;//多解 for(int i = var-1; i >= 0; i--) { int temp = a[i][var]; for(int j = i+1; j < var; j++) { if(a[i][j] != 0) { temp -= a[i][j]*x[j]; temp = (temp%MOD + MOD)%MOD; } } x[i] = (temp*inv(a[i][i],MOD))%MOD; } return 0; } int change(char s[]) { if(strcmp(s,"MON") == 0) return 1; else if(strcmp(s,"TUE")==0) return 2; else if(strcmp(s,"WED")==0) return 3; else if(strcmp(s,"THU")==0) return 4; else if(strcmp(s,"FRI")==0) return 5; else if(strcmp(s,"SAT")==0) return 6; else return 7; } int main() { int n,m; while(scanf("%d%d",&n,&m) == 2) { if(n == 0 && m == 0)break; memset(a,0,sizeof(a)); char str1[10],str2[10]; int k; for(int i = 0; i < m; i++) { scanf("%d%s%s",&k,str1,str2); a[i] = ((change(str2) - change(str1) + 1)%MOD + MOD)%MOD; int t; while(k--) { scanf("%d",&t); t--; a[i][t] ++; a[i][t]%=MOD; } } int ans = Gauss(m,n); if(ans == 0) { for(int i = 0; i < n; i++) if(x[i] <= 2) x[i] += 7; for(int i = 0; i < n-1; i++)printf("%d ",x[i]); printf("%d\n",x[n-1]); } else if(ans == -1)printf("Inconsistent data.\n"); else printf("Multiple solutions.\n"); } return 0; }
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