【公式推导+杨辉三角+异或性质+进制表示】XOR Matrix HackerRank - xor-matrix

本文介绍了如何利用公式推导、杨辉三角和异或性质来解决HackerRank上的XOR Matrix问题。通过分析异或矩阵的元素公式,结合杨辉三角的系数,我们可以高效地计算出矩阵的任意一行。进制表示在这里也起到了关键作用,特别是对于幂为2的行,计算过程更为简洁。

Think:
1知识点:【公式推导+杨辉三角+异或性质+进制表示】
2题意:
定义异或矩阵元素a[i, j]:

第一行输入n, m表示n行m列的异或矩阵,第二行输入n个元素表示异或矩阵的第一行,题目要求我们输出异或矩阵的第m行
2.1数据范围:
·1 <= n <= 1e5
·1 <= m <= 1e18
·1 <= a[i, j] <= 1e9
3解题过程
3.1公式推导:
a[i, j] = a[i-1, j] ^ a[i-1, j+1]
即对于a[i, j]单个元素:
a[0, j] = a[0, j]
a[1, j] = a[0, j] ^ a[0, j+1]
a[2, j] = a[1, j] ^ a[1, j+1] = (a[0, j] ^ a[0, j+1]) ^ (a[0, j+1] ^ a[0, j+2])
= a[0, j] ^ a[0, j+1] ^ a[0, j+1] ^ a[0, j+2]
a[3, j] = a[2, j] ^ a[2, j+1] = (······) ^ (······)
= a[0, j] ^ a[0, j+1] ^ a[0, j+1] ^ a[0, j+1] ^ a[0, j+2] ^ a[0, j+2] ^ a[0, j+2] ^ a[0, j+3]
   .
   .
   .
即:
a[i, j] ⇦ a[0, j]、a[0, j+1]、a[0, j+2]、···· 、a[0, j+i]
进而推得:
a[x+i, j] ⇦ a[x, j]、a[x, j+1]、a[x, j+2]、···· 、a[x, j+i]

3.2杨辉三角
将a[i, j]由a[0, j]、a[0, j+1]、a[0, j+2]、···· 、a[0, j+i]表示,发现系数满足杨辉三角:

3.3异或性质
·a[i, j] ^ a[i, j] = 0
·a[i, j] ^ 0 = a[i, j]
通过异或性质a[i, j] ^ a[i, j] = 0和a[i, j] ^ 0 = 0化简系数矩阵
得新的系数矩阵为:
0. &

在这道题目中,有 >首先,我们将上面这个式子列出其中的两项。 $$\begin{cases} a_i = a_i \oplus a_{(i + 1 )\mod n} \\ a_{i+1} = a_{i+1} \oplus a_{(i + 2 )\mod n} \end{cases}$$ 我们假定 $i + 2< n $,于是将 $\bmod$ 操作去掉。 将第一条式子异或第二条式子,有: $$ a_i \oplus a_{i+1} = a_i \oplus a_{i + 1} \oplus a_{i+1} \oplus a_{i+2} = a_i \oplus a_{i+2}$$ 题面如下: # CF1848F Vika and Wiki ## 题目描述 最近,Vika 正在研究她最喜欢的互联网资源——Wikipedia。 在 Wikipedia 的广阔天地中,她了解到了一种有趣的数学运算——按位异或(bitwise XOR),记作 $ \oplus $。 Vika 开始研究这种神秘运算的性质。为此,她取了一个由 $ n $ 个非负整数组成的数组 $ a $,并对其所有元素同时行如下操作:$ a_i = a_i \oplus a_{(i+1) \bmod n} $。这里 $ x \bmod y $ 表示 $ x $ 除以 $ y $ 的余数。数组的下标从 $ 0 $ 开始。 由于仅行一次上述操作还不足以彻底研究,Vika 会不断重复该操作,直到数组 $ a $ 变为全零。 请你判断,最少需要行多少次上述操作,才能使数组 $ a $ 的所有元素都变为零。如果永远无法变为全零,则输出 $ -1 $。 ## 输入格式 第一行包含一个整数 $ n $($ 1 \le n \le 2^{20} $),表示数组 $ a $ 的长度。 保证 $ n $ 可以表示为 $ 2^k $,其中 $ k $ 是某个整数($ 0 \le k \le 20 $)。 第二行包含 $ n $ 个整数 $ a_0, a_1, a_2, \dots, a_{n-1} $($ 0 \le a_i \le 10^9 $),表示数组 $ a $ 的元素。 ## 输出格式 输出一个整数,表示使数组 $ a $ 的所有元素都变为零所需的最小操作次数。如果数组 $ a $ 永远无法变为全零,则输出 $ -1 $。 ## 输入输出样例 #1 ### 输入 #1 ``` 4 1 2 1 2 ``` ### 输出 #1 ``` 2 ``` ## 输入输出样例 #2 ### 输入 #2 ``` 2 0 0 ``` ### 输出 #2 ``` 0 ``` ## 输入输出样例 #3 ### 输入 #3 ``` 1 14 ``` ### 输出 #3 ``` 1 ``` ## 输入输出样例 #4 ### 输入 #4 ``` 8 0 1 2 3 4 5 6 7 ``` ### 输出 #4 ``` 5 ``` ## 说明/提 在第一个样例中,经过一次操作后,数组 $ a $ 变为 $ [3, 3, 3, 3] $。再行一次操作后,数组变为 $ [0, 0, 0, 0] $。 在第二个样例中,数组 $ a $ 一开始就是全零。 在第三个样例中,经过一次操作后,数组 $ a $ 变为 $ [0] $。 那么请问,a_i异或a_i +1可以等于a_i异或a_i+3吗
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10-02
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