poj(1222)——EXTENDED LIGHTS OUT

解决6*5矩阵灯状态问题的算法策略
本文提供了一种高效的算法解决方案,用于在6*5的矩阵中找到一种方式来熄灭所有灯,通过枚举第一行并递推出后续行的灯状态,实现矩阵所有灯的关闭。

题意:

当前有一个6*5的矩形,然后输入中给出每个灯的状态,1表示当前灯是亮的,0表示灯是灭的。然后让你给出一种能把所有的灯都熄灭的方案,并输出之。其中输出的矩阵中1表示 按这个位置的灯,0表示不按这个位置的灯。

思路:

数据范围也不是很大。。直接暴力就好了。。

我是对第一行进行枚举,然后只要把第1行搞定了就可以搞第二行,第三行,,,依次类推。

我用一个num[i][j]表示当前格子的状态是开着的还是关着的。press数组记录这个格子是否有被按过(1表示按了,0表示没有按),puz数组是用来存灯的最初状态(即为亮还是没亮)。

然后要求当前格子的状态,它只与当前格子是否按了press[i][j],与最初的灯是否亮的puz[i][j],与上一行的press[i-1][j],与前一列的press[i][j-1],后一列press[i][j+1]有关,所以num[i][j]就等于以上和再mod2就可以求出当前格子的状态了。

p.s:为了方便,我们把5*6的矩阵扩大为6*8的矩阵,因为为了当求第一行和第一列的时候方便一点嘛~~


#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<map>
#include<set>
#include<cmath>
#include<algorithm>
#include<vector>
#include<queue>
#include<iostream>
#include<time.h>
using namespace std;
typedef __int64 ll;
typedef unsigned __int64 ULL;
#define pi acos(-1.0)
#define Ex exp(1.0)
#define maxn 11
int press[maxn][maxn],puz[maxn][maxn];
int num[maxn][maxn];
int main(){
    int T,gg=1;
    scanf("%d",&T);
    while(T--){
        memset(puz,0,sizeof(puz));
        memset(press,0,sizeof(press));
        memset(num,0,sizeof(num));
        for(int i=1;i<=5;i++){
            for(int j=1;j<=6;j++){
                scanf("%d",&puz[i][j]);
            }
        }
        int ff=0;
        for(int i=0;i<2;i++){
            for(int j=0;j<2;j++){
                for(int k=0;k<2;k++){
                    for(int l=0;l<2;l++){
                        for(int m=0;m<2;m++){
                            for(int n=0;n<2;n++){
                                memset(press,0,sizeof(press));
                                memset(num,0,sizeof(num));
                                press[1][1]=i; press[1][2]=j;
                                press[1][3]=k; press[1][4]=l;
                                press[1][5]=m; press[1][6]=n;
                                for(int hang=1;hang<=5;hang++){
                                    for(int lie=1;lie<=6;lie++){
                                        if(hang==1) num[hang][lie]=(puz[hang][lie]+press[hang][lie]+press[hang-1][lie]+press[hang][lie-1]+press[hang][lie+1])%2;
                                        else if(num[hang-1][lie]==1){
                                            press[hang][lie]=1;
                                        }
                                        else if(num[hang-1][lie]==0) press[hang][lie]=0;
                                    }
                                    if(hang==1) continue;
                                    for(int lie=1;lie<=6;lie++){
                                        num[hang][lie]=(puz[hang][lie]+press[hang][lie]+press[hang-1][lie]+press[hang][lie-1]+press[hang][lie+1])%2;
                                    }
                                }
                                ff=0;
                                for(int i=1;i<=6;i++){
                                    if(num[5][i]){
                                         ff=1;
                                         break;
                                    }
                                }
                                if(!ff) break;
                            }
                            if(!ff) break;
                        }
                        if(!ff) break;
                    }
                    if(!ff) break;
                }
                if(!ff) break;
            }
            if(!ff) break;
        }
        printf("PUZZLE #%d\n",gg++);
        for(int i=1;i<=5;i++){
            for(int j=1;j<=6;j++){
                if(j!=6) printf("%d ",press[i][j]);
                else printf("%d\n",press[i][j]);
            }
        }
    }
    return 0;
}


### 矩阵在扩展版 Lights Out 游戏中的实现 #### 背景介绍 关灯游戏(Lights Out)是一种基于逻辑的益智游戏,其核心机制涉及通过一系列操作使所有灯光熄灭。该游戏可以通过线性代数的方法建模并求解,其中矩阵扮演了重要角色。具体来说,游戏的状态可以用二进制向量表示,而每次点击的操作可以看作是对当前状态施加的一个变换。 对于扩展版本的游戏(如 POJ 1222),通常是一个 \( M \times N \) 的网格,初始状态下某些位置可能亮起或熄灭。目标是找到一种最小化翻转次数的方式使得整个网格变为全零状态(即所有灯均关闭)。这一过程可通过构建一个对应的布尔方程组来描述,并利用高斯消元法或其他数值技术求解[^3]。 #### 数学模型建立 假设我们有一个大小为 \( m=5, n=6 \) 的棋盘,则总共有 30 个独立变量代表各个格子是否被按压过。设这些未知数构成列向量 \( x=[x_1,x_2,...,x_{30}]^T \),如果某位 i 对应的位置需要按下一次就令 xi=1 否则等于 0 。接着定义另一个长度相同的响应矢量 y ,它记录的是最终期望达到的目标配置 —— 这里就是全是 'off' 或者说都是 0 值的情况下的布局图样 [y₁,y₂,…,yn]=₀₆₀⁰[^4]. 为了表达上述关系,我们需要创建一个系数矩阵 A 来捕捉每一个按钮动作如何影响周围邻居节点的变化情况: \[ Ax = b \] 这里, - **A** 是一个稀疏矩阵,每一行对应于某个特定单元格及其邻域的影响模式; - **b** 表示初始条件下的光源分布状况; - 解决这个系统意味着寻找合适的输入序列 x 以满足给定的要求 b. 由于涉及到异或运算特性(xor operation), 实际上是在有限字段 GF(2)=Z/2Z 上执行计算而不是普通的实数空间 R^n 中进行处理. 因此标准算法比如 Gaussian elimination 需要做适当调整以便适应这种特殊的算术环境. #### 使用高斯消去法解决问题 一旦建立了这样的数学框架之后,就可以采用经典的 Gauss-Jordan Elimination 方法逐步简化增广矩阵直到得到唯一可行解或者是证明无解存在为止。特别注意当面对大规模实例时效率问题变得至关重要因此也可能考虑其他更高效的替代策略例如 Bitmasking Techniques 结合快速傅立叶变换 FFT 加速乘法步骤等等优化手段提升性能表现水平. 以下是用 Python 编写的简单例子展示如何运用 NumPy 库完成基本功能演示: ```python import numpy as np def create_matrix(m,n): """Create coefficient matrix for lights out game.""" size=m*n mat=np.zeros((size,size)) # Fill diagonal elements and neighbors based on grid structure. for r in range(m): for c in range(n): idx=r*n+c # Current cell itself always toggles. mat[idx,idx]=1 # Toggle top neighbor if exists. if r>0: mat[(r-1)*n+c,idx]=mat[idx,(r-1)*n+c]=1 # Bottom neighbor similarly handled... ... return mat.astype(int) # Example usage creating small test case setup. if __name__=="__main__": M,N=(5,6) initial_state=[[int(c)for c in line.strip().split()]for _in range(M)] target_vector=sum(initial_state,[]) coeff_mat=create_matrix(M,N) augmented=np.hstack([coeff_mat,np.array(target_vector).reshape(-1,1)]) rank_before_elim=np.linalg.matrix_rank(coeff_mat) reduced_form,rref_rows,_=gauss_jordan(augmented) solution_exists=len(rref_rows)==len(set(map(tuple,reduced_form[:,-1]))) print("Solution Exists:",solution_exists) ``` 以上脚本片段仅作为概念验证用途并未完全覆盖边界情形检测等功能完善需求实际部署前还需进一步测试改进确保鲁棒性和兼容性良好。 ---
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