异或和之和

位运算与组合数学

位运算

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思路
按位统计,计算每位的贡献。先算出每位为 1 1 1的个数 c n t [ i ] cnt[i] cnt[i],然后 n − c n t [ i ] n-cnt[i] ncnt[i]就是每位为 0 0 0的个数。当每次取 3 3 3个数,对应的位做异或运算时,只有当运算结果为 1 1 1,那一位才会对结果有贡献。由于只有 1 x o r 1 x o r 1 1 xor 1 xor 1 1xor1xor1 1 x o r 0 x o r 0 1xor0xor0 1xor0xor0运算结果才为 1 1 1,所以对每一位,1的个数里面取 3 3 3 1 1 1,或者 1 1 1的个数里面取 1 1 1 1 1 1,两个 0 0 0。加起来,再乘 2 i 2^i 2i即可。
补充取模运算运算规则
(a + b) % p = (a % p + b % p) % p
(a - b) % p = (a % p - b % p) % p
(a * b) % p = (a % p * b % p) % p
a ^ b % p = ((a % p)^b) % p
code

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
typedef long long ll;
const ll N = 1e6+5;
const ll mod = 1e9+7;
ll n, cnt[N], ans;
ll c_2(ll n)
{
    return n*(n-1)/2;
}
ll c_3(ll n)
{
    return n*(n-1)*(n-2)/6;
}
int main()
{
    cin >> n;
    for(ll i=0; i<n; i++)
    {
        ll x, m = 0;
        cin >> x;
        while(x)
        {
            if(x & 1)
                cnt[m]++;
            x >>= 1;
            m++;
        }
    }
    ll res = 1;
    for (int i = 0; i < 64; i++) 
    {
        ans = (ans + (c_3(cnt[i]) + cnt[i] * c_2(n - cnt[i])) % mod * res) % mod;
        res = (res << 1) % mod;
    }
    cout << ans << endl;
    return 0;
}

### 问题解析 在牛客网的编程题目中,涉及异或之和的问题通常要求计算多个数的异或结果,并根据异或结果进行进一步的处理。异或运算具有以下重要性质: - **异或运算的性质**: - 交换律:`a ^ b = b ^ a` - 结合律:`(a ^ b) ^ c = a ^ (b ^ c)` - 恒等律:`a ^ 0 = a` - 自反律:`a ^ a = 0` 在某些题目中,例如计算一个区间 `[L, R]` 中所有数的异或时,可以通过构造一个公式来快速计算,而不需要遍历整个区间。 --- ### 解题思路 #### 1. 异或的计算 对于给定的区间 `[L, R]`,计算所有整数的异或,可以采用以下方法: - 如果直接计算 `L ^ (L+1) ^ ... ^ R`,时间复杂度为 O(R-L+1),当区间较大时会导致超时。 - 可以通过构造一个函数 `xor_upto(n)`,用于计算从 `0` 到 `n` 的异或,然后利用公式: ```cpp xor_upto(R) ^ xor_upto(L - 1) ``` 这样可以快速得到 `[L, R]` 区间内的异或。 #### 2. 构造 `xor_upto(n)` 函数 该函数的实现基于以下规律: - 如果 `n % 4 == 0`,则 `xor_upto(n) = n` - 如果 `n % 4 == 1`,则 `xor_upto(n) = 1` - 如果 `n % 4 == 2`,则 `xor_upto(n) = n + 1` - 如果 `n % 4 == 3`,则 `xor_upto(n) = 0` ```cpp long long xor_upto(long long n) { switch (n % 4) { case 0: return n; case 1: return 1; case 2: return n + 1; case 3: return 0; } return 0; // 不会到达这里 } ``` #### 3. 计算区间异或 利用上述函数,可以快速计算 `[L, R]` 的异或: ```cpp long long range_xor(long long L, long long R) { return xor_upto(R) ^ xor_upto(L - 1); } ``` #### 4. 求异或之和 如果题目要求计算多个区间的异或的总,可以对每个区间分别计算,然后累加结果。 --- ### 示例代码 以下是一个完整的 C++ 示例代码,用于计算给定多个区间的异或: ```cpp #include <bits/stdc++.h> using namespace std; long long xor_upto(long long n) { switch (n % 4) { case 0: return n; case 1: return 1; case 2: return n + 1; case 3: return 0; } return 0; } long long range_xor(long long L, long long R) { return xor_upto(R) ^ xor_upto(L - 1); } int main() { int t; long long L, R; scanf("%d", &t); while (t--) { scanf("%lld%lld", &L, &R); long long result = range_xor(L, R); printf("%lld\n", result); } return 0; } ``` --- ### 复杂度分析 - **时间复杂度**:每个查询的时间复杂度为 O(1),因为 `xor_upto` 函数的计算是常数时间。 - **空间复杂度**:O(1),不需要额外的空间。 --- ### 应用场景 - 该方法适用于需要高效计算区间异或的问题。 - 在牛客网的某些竞赛题目中,例如涉及位运算的区间操作问题,可以使用此方法优化性能。 --- ### 相关问题 1. 如何计算一个数的二进制表示中 1 的个数? 2. 如何快速计算两个数的加法而不使用加减乘除运算符? 3. 如何判断一个数是否是 2 的幂? 4. 如何实现一个函数,返回一个整数的二进制表示中连续 1 的最大长度? 5. 如何判断两个整数的二进制表示是否相差仅一位?
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