【备战秋招】每日一题:2023.05.15-拼多多OD(第三题)-多多的字符翻转

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题目描述

塔子哥是学校舞台的灯光师，舞台灯有十六种不同的颜色和光效组合，对应十六进制的每个数{$0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F$}。

即将举办的毕业晚会策划把舞台灯光的要求发到了塔子哥这里，但是舞台的灯光不能直接从外部输入，需要用特定方式调整：舞台灯用一个十六进制数串表示，每次可以选择数串中的某个子串，进行一次整体变大或变小的翻转。

举个例子，假设数串"$AABB$"选择中间的子串"$AB$"，变大翻转会变成: “$ABCB$”，变小翻转会变成:“$A9AB$”。特别的，字符”$0$“变小的翻转会变成字符”$F$“，同理字符”$F$“的变大翻转会变成字符”$0$“，以此循环往复。

塔子哥想知道，给定两个数串 $s1$ 和 $s2$，最少可以用多少次翻转使得 $s1$ 变成 $s2$ 。

输入描述

输入第一行一个整数 $T$ ，代表测试用例的组数。( $1\le T$ $\le 1000$ )

接下来 $T$ 行，每一行两个数串 $s1$ 和 $s2$。（$s1$ 和 $s2$ 为十六进制数串，长度相等且小于等于4)

输出描述

输出 $T$ 行，每行一个整数，表示每组 $s1$ 翻转成 $s2$ 的最少步数。

样例

输入

5
AABB EEFF
FFF 999
01 AE
AFE B0F
ABCD EEEE

输出

4
6
6
1
4

思考

当$t=1e5$ 时该如何做？

思路

解法1:双向bfs

本题是一道典型的双向$bfs$问题。

正常的单源$bfs$，以完全二叉树的情况为例，每个点扩展 $2$ 次，在 $20$ 次后需要的搜索空间为 $2^{20}$，因此层数不会过多，否则空间不够。而如果使用双向 bfs ，每次搜索空间更小的一半，即可将搜索空间大规模降低。

来分析本题的搜索空间，直接考虑最大的情况，即字符串的长度为 $4$。如果单独考虑每个字符，最坏情况下，每个字符挪动 $8$ 次即可到达目标字符，即最多挪动 32 次。为什么呢，这是在单独考虑每个字符挪动到对应字符的情况，如字符 $0$ 挪动到 $9$ ，增大需要 $9$ 次，而减小只需要 $8$ 次，故每个字符最多挪动 $8$ 次即可。

之后每次的状态转移的情况：
可以选择 $[1,4]$ 一起挪动，$[1,3]$ 或者 $[2,4]$ 一起挪动，$[1,2]$或者$[2,3]$或者$[3,4]$ 一起挪动，$[1]$或者$[2]$或者$[3]$或者$[4]$分别挪动。一共有 $10$ 种情况，因为需要满足$bfs$的性质，即每次搜索都是第一次搜索到该状态，故每次只能向上或者向下移动 $1$ 次。

即一个状态可以转移到 $20$ 个其他状态。

但是状态总数为：$16^4=65536$，每个状态最多遍历 $20$个其他状态，总共遍历次数为 $20\ast 65536=1310720$ 。但是每个状态只会在第一次被遍历到的时候作为起始点遍历其他点。故如此总搜索次数最坏就是$1310720$，加上双向$bfs$的优化。但是 $T=1000$，故
理论在 $1e9$ 左右，较为极限，故这里$C++$的实现加了很多$GCC$编译优化，由于较为极限，这里暂不提供其他语言的实现，有兴趣的同学可以尝试下。

解法2:预处理

这题为一道ICPC区域赛真题的化简版，原题来自于:J.Luggage Lock

任意两个状态都可以进行对齐操作:设置起始状态$s_1$转变为全$0$。

举个例子:

$s_1=11,s_2=35$ , 那么将其转变成$s_1=00,s_2=24$ , 两者本质没区别。

这样操作之后，我们就可以先预处理出从全0的状态转换成其他状态的答案，然后询问的时候$O(1)$的转换 + 查询即可。

这样的解法我们就可以处理$1e5$次询问了。

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LeetCode

1. 127. 单词接龙，双向bfs模板
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代码

CPP

解法1

// 2333佬的代码
#pragma GCC optimize("O3")
#pragma GCC optimize("Ofast")
#pragma GCC optimize("unroll-loops")
#pragma GCC target("avx,avx2,fma")

#include 

using namespace std;

const int INF = 0x3f3f3f3f;

void solve() {
    string s1, s2;
    cin >> s1 >> s2;
    // 相等直接判 0
    if (s1 == s2) {
        cout << "0\n";
        return;
    }
    // 将十六进制转换为对应的数字
    auto get = [&](char c) -> int {
        if (c >= '0' && c <= '9') return c - '0';
        return c - 'A' + 10;
    };
    int a = 0;
    for (char c : s1) {
        a = a * 16 + get(c);
    }
    int b = 0;
    for (char c : s2) {
        b = b * 16 + get(c);
    }
    int n = s1.size();
    vector<int> p(n + 1);
    p[0] = 1;
    // 获取第 i 位对应的位权
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        p[i] = p[i - 1] * 16;
    }
    // 双向bfs需要两个队列和dist数组
    queue<int> q1, q2;
    vector<int> d1(p[n], INF), d2(p[n], INF);
    d1[a] = 0;
    d2[b] = 0;
    // 将起点加入q1，终点加入q2
    q1.push(a);
    q2.push(b);
    int ans = -1;
    while (!q1.empty() || !q2.empty()) {
        auto tr = [&](queue<int> &q, vector<int> &ds, vector<int> &dt) -> int {
            int s = q.size();
            while (s--) {
                // 取出队头
                int x = q.front(); q.pop();
                int t = x;
                array<int, 4> a{};
                // 获取当前状态的每个位的值
                for (int i = 0; i < n; i++) {
                    a[i] = t & 15;
                    t >>= 4;
                }
                // 定义add函数为给当前状态+1 or -1
                auto add = [&](int dif) -> int {
                    for (int i = 0; i < n; i++) {
                        t = x;
                        // [i,j] 这个区间
                        // 依次为 [0,0],[0,1],[0,2],[0,3]
                        //       [1,1],[1,2],[1,3]
                        //       [2,2],[2,3]
                        //       [3,3]
                        for (int j = i; j < n; j++) {
                            t -= p[j] * a[j];
                            t += p[j] * ((a[j] + dif + 16) & 15);
                            if (ds[t] == INF) {
                                ds[t] = ds[x] + 1;
                                // 如果t这个状态从终点也已经走到了，那么直接返回两者相加的结果，即从起点到终点的步数
                                if (dt[t] != INF) {
                                    ans = ds[t] + dt[t];
                                    return 1;
                                }
                                q.push(t);
                            }
                        }
                    }
                    return 0;
                };
                // 尝试+1
                if (add(1)) return 1;
                // 尝试-1
                if (add(-1)) return 1;

            }
            return 0;
        };
        // 尝试从起点出发继续更新，如果遇到了一个点，从终点已经到达过，则两者之和就是答案
        if (tr(q1, d1, d2)) break;
        // 尝试从终点出发继续更新，如果遇到了一个点，从起点已经到达过，则两者之和就是答案
        if (tr(q2, d2, d1)) break;
    }
    cout << ans << "\n";
}

int main() {
    ios::sync_with_stdio(false);
    cin.tie(nullptr); cout.tie(nullptr);
    int t = 1;
    cin >> t;

    while (t--) {
        solve();
    }
}

解法2

#include 
using namespace std;
#define ll long long
#define pii pair<int,int>
#define vi vector<int>
#define fi first
#define se second
const int mod = 1e9+7;
const int maxn = 1e5 +5;
map<string,int> mp;
vector<char> cs = {'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','A','B','C','D','E','F'};
unordered_map<char , int> d;
int m = cs.size();
char getNext (char x){
	if (x == '9') return 'A';
	if (x == 'F') return '0';
	return (char)(x + 1);
}
char getPre (char x){
	if (x == 'A') return '9';
	if (x == '0') return 'F';
	return (char)(x - 1);
}
void bfs (int len)
{
    queue<pair<string,int>> que;
    string start = string(len , '0');
    que.push({start,0});
    mp[start] = 0;
    int cnt = 0;
    while(que.size())
    {
        auto t = que.front();
        que.pop();
        string s;
        int p = t.se;
        for(int i = 0;i<len;i++)
        {
            for(int j = i;j<len;j++)
            {
                s = t.fi;
                for(int k = i;k<=j;k++)
                    s[k]= getNext(s[k]);
                if(mp.count(s)==0)
                {
                    //cout<
                    mp[s] = p+1;
                    que.push({s,p+1});
                }
                s = t.fi;
                for(int k = i;k<=j;k++)
                    s[k]= getPre(s[k]);
                if(mp.count(s)==0)
                {
                    //cout<
                    mp[s] = p+1;
                    que.push({s,p+1});
                }
            }
        }
    }
}
int main()
{
    ios::sync_with_stdio(false);
    for (int i = 1 ; i <= 4 ; i++) bfs(i);
	for (int i = 0 ; i < m ; i++) d[cs[i]] = i;
    int T;
    cin>>T;
    while(T--)
    {
        string a,b;
        cin>>a>>b;
        for(int i = 0;i<4;i++)
        {
            int t = ( d[a[i]] - d[b[i]] + m ) % m;
            a[i] = cs[t];
        }
        cout<<mp[a]<<endl;
    }
    return 0;
}

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