Time Limit: 7000MS | Memory Limit: 65536K | |
Total Submissions: 4436 | Accepted: 1502 |
Description
Input
Output
Sample Input
2 3 2 MON THU 1 2 3 MON FRI 1 1 2 3 MON SUN 1 2 2 10 2 1 MON TUE 3 1 MON WED 3 0 0
Sample Output
8 3 Inconsistent data.
Hint
Source
被这个题意弄得真的无语了,读了N遍.......
公司被吞并,老员工几乎全部被炒鱿鱼。一共有n种不同的工具,编号1-N(代码中是0—N-1),每种工具的加工时间为3—9天,但是现在老员工不在我们不知道每种工具的加工时间,庆幸的是还保留着一些对工人制造工具的记录,对于每个老员工,他的记录包括,他开始工作的时间(在某个星期的星期几),被炒鱿鱼的时间(某个星期的星期几),在第几个星期不知道.....在这段时间里,他正好加工了k件物品,给出了这k件物品的编号。我们要做的就是通过这些记录,来确定每种工具的加工时间是多少。
思路为建立线性方程组(涉及到了取模):
对于每个记录,建立一个方程,所有的记录,建立为如下的方程:
(a[0][0]*X0 + a[0][1] *X1 + a[0][2]*X2+...........a[0][n-1]*Xn-1 ) %7= a[0][n]
(a[1][0]*X0 + a[1][1] *X1 + a[1][2]*X2+...........a[1][n-1]*Xn-1 ) %7= a[1][n]
................................................................................................................................
(a[m-1][0]*X0 + a[m-1][1] *X1 + a[m-1][2]*X2+...........a[m-1][n-1]*Xn-1 ) %7= a[m-1][n]
如上方程组,表示的是一共有m个记录,即有m个方程,有n个变量(表示n个物品,编号0-N-1),方程中的x0, x1, x2........xn-1,代表的是第i种工具加工需要多长时间
a[ i ] [ j ] (0<=j<=n-1) ,表示第i个方程中(i从0开始),编号为j的物品,加工的个数,即Xj, a[i][n] ,表示第i个方程中,加工完所有种类的工具,需要的时间,因为不知道开始时间和结束时间是在第几个星期,只知道星期几,所以有 %7.
以样例中的例子,来说一下方程组的建立.
2 3 2 MON THU 1 2 3 MON FRI 1 1 2 3 MON SUN 1 2 2初始化,增广矩阵a[][]初始化为0.
样例中 2 3 代表 有一共两种工具(编号0,1), 3个工人的记录。
第一个工人的记录为 2 表示他加工了两个工具,开始时间是 MON,表示星期一,结束时间为THU,表示星期四,下一行的1,2表示,他加工两个工具,这两个工具的编号,1,2(代码中是 0,1)
这样建立的方程为 (1* X0+ 1 *X2 )%7= ((4-1)%7+7)%7 ,方程后边得是正整数.
第二个工人的记录为3 表示他加工了三个工具,开始时间为 MON,表示星期一,结束时间为FRI,表示星期五,下一行的1,1,2表示,他加工的三个工具里面,编号分别是1,1,2,也就是第一种工具加工了两个,第二种工具加工了1个。
这样建立的方程为 (2*X0+1*X2)%7=((5-1)%7+7)%7,
依次类推,
第三个工人的记录建立的方程为 (1*X0+2*X2) %7 =((7-1)%7+7)%7.
我们要做的就是根据这三个方程,把x0,x1,解出来。
当没有解时,输出 Inconsistent data. 无穷解时 输出 Multiple solutions. ,否则输出每种工具的加工时间...
这种题目需要把模板修改一下...一上午就研究了个模板是怎么回事....
代码:
#include <iostream> #include <string.h> #include <stdio.h> #include <cmath> using namespace std; const int maxn = 310; int equ, var; // 有equ个方程,var个变元。增广阵行数为equ, 分别为0到equ - 1,列数为var + 1,分别为0到var. int a[maxn][maxn];//增广矩阵 int x[maxn]; // 解集. int free_num; inline int gcd(int a, int b) { int t; while(b!=0) { t=b; b=a%b; a=t; } return a; } inline int lcm(int a, int b) { return a*b/gcd(a,b); } // 高斯消元法解方程组(Gauss-Jordan elimination).(-2表示有浮点数解,但无整数解,-1表示无解,0表示唯一解,大于0表示无穷解,并返回自由变元的个数) 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 Gauss(void) { int i,j,k; int max_r; // 当前这列绝对值最大的行. int col; // 当前处理的列. int ta, tb; int LCM; int temp; // 转换为阶梯阵. col = 0; // 当前处理的列. for (k = 0; k < equ && col < var; k++, col++) { // 枚举当前处理的行. // 找到该col列元素绝对值最大的那行与第k行交换.(为了在除法时减小误差) max_r = k; for (i = k + 1; i < equ; i++) { if (abs(a[i][col]) > abs(a[max_r][col])) max_r = i; } if (max_r != k) { // 与第k行交换. for (j = k; j < var + 1; j++) swap(a[k][j], a[max_r][j]); } if (a[k][col] == 0) { // 说明该col列第k行以下全是0了,则处理当前行的下一列. k--; continue; } for (i = k + 1; i < equ; i++) { // 枚举要删去的行. if (a[i][col] != 0) { LCM = lcm(abs(a[i][col]), abs(a[k][col])); ta = LCM / abs(a[i][col]), tb = LCM / abs(a[k][col]); if (a[i][col] * a[k][col] < 0) tb = -tb; // 异号的情况是两个数相加. for (j = col; j < var + 1; j++) { a[i][j] =(((a[i][j] * ta - a[k][j] * tb)%7+7)%7); } } } } //Debug(); // 1. 无解的情况: 化简的增广阵中存在(0, 0, ..., a)这样的行(a != 0). for (i = k; i < equ; i++) { // 对于无穷解来说,如果要判断哪些是自由变元,那么初等行变换中的交换就会影响,则要记录交换. if (a[i][col] != 0) return -1; } // 2. 无穷解的情况: 在var * (var + 1)的增广阵中出现(0, 0, ..., 0)这样的行,即说明没有形成严格的上三角阵. // 且出现的行数即为自由变元的个数. if (k < var) return var - k; // 自由变元有var - k个. // 3. 唯一解的情况: 在var * (var + 1)的增广阵中形成严格的上三角阵. // 计算出Xn-1, Xn-2 ... X0. for (i = var - 1; i >= 0; i--) { temp = a[i][var];//等式右边的数 for (j = i + 1; j < var; j++) { if (a[i][j] != 0) temp -= a[i][j] * x[j];//把已知的解带入,减去,只剩下,一个未知的解 temp=(temp%7+7)%7; } while(temp%a[i][i]!=0)//外层每次循环都是为了求 a[i][i],因为它是每个方程中唯一一个未知的变量(求该方程时) temp+=7;//因为天数不确定,而a[i][i]必须得为整数才可以,周期为7 x[i]=(temp/a[i][i])%7; } return 0; } int main(void) { int n,m,k,num; char s[5],e[5]; while(scanf("%d%d",&n,&m)!=EOF&&(n||m)) { memset(a,0,sizeof(a)); for(int i=0;i<m;i++) { scanf("%d",&k); scanf("%s%s",s,e); a[i][n]=((change(e)-change(s)+1)%7+7)%7; for(int j=1;j<=k;j++)//k是他打造的数量 { scanf("%d",&num);//可能是相同的数 num--; a[i][num]++;//系数++ a[i][num]%=7;//有重复的。 } } equ=m;//有m个方程 var=n;//有多少个变量 free_num = Gauss(); if(free_num==0) { for(int i=0;i<n;i++)//根据题意,每个零件的加工时间在3-9天. if(x[i]<=2) x[i]+=7; for(int i=0;i<n-1;i++) cout<<x[i]<<" "; cout<<x[n-1]<<endl; } else if(free_num==-1) cout<<"Inconsistent data."<<endl; else cout<<"Multiple solutions."<<endl; } return 0; }
高斯消元法,是线性代数中的一个算法,可用来求解线性方程组,并可以求出矩阵的秩,以及求出可逆方阵的逆矩阵。
高斯消元法的原理是:
若用初等行变换将增广矩阵 化为 ,则AX = B与CX = D是同解方程组。
所以我们可以用初等行变换把增广矩阵转换为行阶梯阵,然后回代求出方程的解。
以上是线性代数课的回顾,下面来说说高斯消元法在编程中的应用。
首先,先介绍程序中高斯消元法的步骤:
(我们设方程组中方程的个数为equ,变元的个数为var,注意:一般情况下是n个方程,n个变元,但是有些题目就故意让方程数与变元数不同)
1. 把方程组转换成增广矩阵。
2. 利用初等行变换来把增广矩阵转换成行阶梯阵。
枚举k从0到equ – 1,当前处理的列为col(初始为0) ,每次找第k行以下(包括第k行),col列中元素绝对值最大的列与第k行交换。如果col列中的元素全为0,那么则处理col + 1列,k不变。
3. 转换为行阶梯阵,判断解的情况。
① 无解
当方程中出现(0, 0, …, 0, a)的形式,且a != 0时,说明是无解的。
② 唯一解
条件是k = equ,即行阶梯阵形成了严格的上三角阵。利用回代逐一求出解集。
③ 无穷解。
条件是k < equ,即不能形成严格的上三角形,自由变元的个数即为equ – k,但有些题目要求判断哪些变元是不缺定的。
这里单独介绍下这种解法:
首先,自由变元有var - k个,即不确定的变元至少有var - k个。我们先把所有的变元视为不确定的。在每个方程中判断不确定变元的个数,如果大于1个,则该方程无法求解。如果只有1个变元,那么该变元即可求出,即为确定变元。
以上介绍的是求解整数线性方程组的求法,复杂度是O(n3)。浮点数线性方程组的求法类似,但是要在判断是否为0时,加入EPS,以消除精度问题。
下面讲解几道OJ上的高斯消元法求解线性方程组的题目:
POJ 1222 EXTENDED LIGHTS OUT
http://acm.pku.edu.cn/JudgeOnline/problem?id=1222
POJ 1681 Painter's Problem
http://acm.pku.edu.cn/JudgeOnline/problem?id=1681
POJ 1753 Flip Game
http://acm.pku.edu.cn/JudgeOnline/problem?id=1753
POJ 1830 开关问题
http://acm.pku.edu.cn/JudgeOnline/problem?id=1830
POJ 3185 The Water Bowls
http://acm.pku.edu.cn/JudgeOnline/problem?id=3185
开关窗户,开关灯问题,很典型的求解线性方程组的问题。方程数和变量数均为行数*列数,直接套模板求解即可。但是,当出现无穷解时,需要枚举解的情况,因为无法判断哪种解是题目要求最优的。
POJ 2947 Widget Factory
http://acm.pku.edu.cn/JudgeOnline/problem?id=2947
求解同余方程组问题。与一般求解线性方程组的问题类似,只要在求解过程中加入取余即可。
注意:当方程组唯一解时,求解过程中要保证解在[3, 9]之间。
POJ 1166 The Clocks
http://acm.pku.edu.cn/JudgeOnline/problem?id=1166
经典的BFS问题,有各种解法,也可以用逆矩阵进行矩阵相乘。
但是这道题用高斯消元法解决好像有些问题(困扰了我N天...持续困扰中...),由于周期4不是素数,故在求解过程中不能进行取余(因为取余可能导致解集变大),但最后求解集时,还是需要进行取余操作,那么就不能保证最后求出的解是正确的...在discuss里提问了好几天也没人回答...希望哪位路过的大牛指点下~~
POJ 2065 SETI
http://acm.pku.edu.cn/JudgeOnline/problem?id=2065
同样是求解同余方程组问题,由于题目中的p是素数,可以直接在求解时取余,套用模板求解即可。(虽然AC的人很少,但它还是比较水的一道题,)
POJ 1487 Single-Player Games
http://acm.pku.edu.cn/JudgeOnline/problem?id=1487
很麻烦的一道题目...题目中的叙述貌似用到了编译原理中的词法定义(看了就给人不想做的感觉...)
解方程组的思想还是很好看出来了(前提是通读题目不下5遍...),但如果把树的字符串表达式转换成方程组是个难点,我是用栈 + 递归的做法分解的。首先用栈的思想求出该结点的孩子数,然后递归分别求解各个孩子。
这题解方程组也与众不同...首先是求解浮点数方程组,要注意精度问题,然后又询问不确定的变元,按前面说的方法求解。
一顿折腾后,这题居然写了6000+B...而且囧的是巨人C++ WA,G++ AC,可能还是精度的问题吧...看这题目,看这代码,就没有改的欲望...
hdu OJ 2449
http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=2449
哈尔滨现场赛的一道纯高斯题,当时鹤牛敲了1个多小时...主要就是写一个分数类,套个高精模板(偷懒点就Java...)搞定~~
注意下0和负数时的输出即可。
fze OJ 1704
http://acm.fzu.edu.cn/problem.php?pid=1704
福大月赛的一道题目,还是经典的开关问题,但是方程数和变元数不同(考验模板的时候到了~~),最后要求增广阵的阶,要用到高精度~~
Sgu 275 To xor or not to xor
http://acm.sgu.ru/problem.php?contest=0&problem=275
题解:
http://hi.baidu.com/czyuan%5Facm/blog/item/be3403d32549633d970a16ee.html
模板:
//高斯消元模板 #include <iostream> #include <stdio.h> #include <string.h> #include <string> #include <cmath> using namespace std; const int maxn=105; int equ,var; // 有equ个方程,var个变元。增广阵行数为equ, 分别为0到equ - 1,列数为var + 1,分别为0到var. int a[maxn][maxn]; int x[maxn]; // 解集. bool free_x[maxn]; // 判断是否是不确定的变元. int free_num; void Debug(void) { int i,j; for(i=0;i<equ;i++) { for(j=0;j<var+1;j++) { cout<<a[i][j]<<" "; } cout<<endl; } cout<<endl; } inline int gcd(int a, int b) { int t; while (b!=0) { t=b; b=a%b; a=t; } return a; } inline int lcm(int a, int b) { return a*b/gcd(a,b); } // 高斯消元法解方程组(Gauss-Jordan elimination).(-2表示有浮点数解,但无整数解,-1表示无解,0表示唯一解,大于0表示无穷解,并返回自由变元的个数) int Gauss(void) { int i,j,k; int max_r; // 当前这列绝对值最大的行. int col; // 当前处理的列. int ta,tb; int LCM; int temp; int free_x_num; int free_index; // 转换为阶梯阵. col=0; // 当前处理的列. for(k=0;k<equ&&col<var;k++,col++) { // 枚举当前处理的行. // 找到该col列元素绝对值最大的那行与第k行交换.(为了在除法时减小误差) max_r=k; for(i=k+1;i<equ;i++) { if(abs(a[i][col])>abs(a[max_r][col])) max_r=i; } if(max_r!=k) { // 与第k行交换. for(j=k;j<var+1;j++) swap(a[k][j],a[max_r][j]); } if(a[k][col]==0) { // 说明该col列第k行以下全是0了,则处理当前行的下一列. k--; continue; } for(i=k+1;i<equ;i++) { // 枚举要删去的行. if (a[i][col]!=0) { LCM=lcm(abs(a[i][col]),abs(a[k][col])); ta=LCM/abs(a[i][col]),tb=LCM/abs(a[k][col]); if(a[i][col]*a[k][col]<0) tb=-tb; // 异号的情况是两个数相加. for(j=col;j<var+1;j++) { a[i][j]=a[i][j]*ta-a[k][j]*tb; } } } } //Debug(); // 1. 无解的情况: 化简的增广阵中存在(0, 0, ..., a)这样的行(a != 0). for(i=k;i<equ;i++) { // 对于无穷解来说,如果要判断哪些是自由变元,那么初等行变换中的交换就会影响,则要记录交换. if (a[i][col]!=0) return -1; } // 2. 无穷解的情况: 在var * (var + 1)的增广阵中出现(0, 0, ..., 0)这样的行,即说明没有形成严格的上三角阵. // 且出现的行数即为自由变元的个数. if(k<var) { // 首先,自由变元有var - k个,即不确定的变元至少有var - k个. for (i=k-1;i>=0;i--) { // 第i行一定不会是(0, 0, ..., 0)的情况,因为这样的行是在第k行到第equ行. // 同样,第i行一定不会是(0, 0, ..., a), a != 0的情况,这样的无解的. free_x_num=0; // 用于判断该行中的不确定的变元的个数,如果超过1个,则无法求解,它们仍然为不确定的变元. for(j=0;j<var;j++) { if(a[i][j]!=0&&free_x[j]) free_x_num++,free_index = j; } if(free_x_num>1) continue; // 无法求解出确定的变元. // 说明就只有一个不确定的变元free_index,那么可以求解出该变元,且该变元是确定的. temp=a[i][var]; for(j=0;j<var;j++) { if(a[i][j]!=0&&j!=free_index) temp-=a[i][j]*x[j]; } x[free_index]=temp/a[i][free_index]; // 求出该变元. free_x[free_index]=0; // 该变元是确定的. } return var-k; // 自由变元有var - k个. } // 3. 唯一解的情况: 在var * (var + 1)的增广阵中形成严格的上三角阵. // 计算出Xn-1, Xn-2 ... X0. for (i=var-1;i>=0;i--) { temp=a[i][var]; for(j=i+1;j<var;j++) { if(a[i][j]!=0) temp-=a[i][j]*x[j]; } if(temp%a[i][i]!=0) return -2; // 说明有浮点数解,但无整数解. x[i]=temp/a[i][i]; } return 0; } int main(void) { int i, j; while (scanf("%d %d",&equ,&var)!=EOF) { memset(a,0,sizeof(a)); memset(x,0,sizeof(x)); memset(free_x,1,sizeof(free_x)); // 一开始全是不确定的变元 for(i=0;i<equ;i++)//构造增广矩阵 for(j=0;j<var+1;j++) scanf("%d",&a[i][j]); // Debug(); free_num=Gauss(); if(free_num==-1) printf("无解!\n"); else if(free_num==-2) printf("有浮点数解,无整数解!\n"); else if(free_num>0) { printf("无穷多解! 自由变元个数为%d\n",free_num); for(i=0;i<var;i++) { if(free_x[i]) printf("x%d 是不确定的\n",i+1); else printf("x%d: %d\n",i+1,x[i]); } } else { for(i=0;i<var;i++) printf("x%d: %d\n",i+1,x[i]); } printf("\n"); } return 0; }
高斯消元法,是线性代数中的一个算法,可用来求解线性方程组,并可以求出矩阵的秩,以及求出可逆方阵的逆矩阵。
高斯消元法的原理是:
若用初等行变换将增广矩阵 化为 ,则AX = B与CX = D是同解方程组。
所以我们可以用初等行变换把增广矩阵转换为行阶梯阵,然后回代求出方程的解。
以上是线性代数课的回顾,下面来说说高斯消元法在编程中的应用。
首先,先介绍程序中高斯消元法的步骤:
(我们设方程组中方程的个数为equ,变元的个数为var,注意:一般情况下是n个方程,n个变元,但是有些题目就故意让方程数与变元数不同)
1. 把方程组转换成增广矩阵。
2. 利用初等行变换来把增广矩阵转换成行阶梯阵。
枚举k从0到equ – 1,当前处理的列为col(初始为0) ,每次找第k行以下(包括第k行),col列中元素绝对值最大的列与第k行交换。如果col列中的元素全为0,那么则处理col + 1列,k不变。
3. 转换为行阶梯阵,判断解的情况。
① 无解
当方程中出现(0, 0, …, 0, a)的形式,且a != 0时,说明是无解的。
② 唯一解
条件是k = equ,即行阶梯阵形成了严格的上三角阵。利用回代逐一求出解集。
③ 无穷解。
条件是k < equ,即不能形成严格的上三角形,自由变元的个数即为equ – k,但有些题目要求判断哪些变元是不缺定的。
这里单独介绍下这种解法:
首先,自由变元有var - k个,即不确定的变元至少有var - k个。我们先把所有的变元视为不确定的。在每个方程中判断不确定变元的个数,如果大于1个,则该方程无法求解。如果只有1个变元,那么该变元即可求出,即为确定变元。
以上介绍的是求解整数线性方程组的求法,复杂度是O(n3)。浮点数线性方程组的求法类似,但是要在判断是否为0时,加入EPS,以消除精度问题。
下面讲解几道OJ上的高斯消元法求解线性方程组的题目:
POJ 1222 EXTENDED LIGHTS OUT
http://acm.pku.edu.cn/JudgeOnline/problem?id=1222
POJ 1681 Painter's Problem
http://acm.pku.edu.cn/JudgeOnline/problem?id=1681
POJ 1753 Flip Game
http://acm.pku.edu.cn/JudgeOnline/problem?id=1753
POJ 1830 开关问题
http://acm.pku.edu.cn/JudgeOnline/problem?id=1830
POJ 3185 The Water Bowls
http://acm.pku.edu.cn/JudgeOnline/problem?id=3185
开关窗户,开关灯问题,很典型的求解线性方程组的问题。方程数和变量数均为行数*列数,直接套模板求解即可。但是,当出现无穷解时,需要枚举解的情况,因为无法判断哪种解是题目要求最优的。
POJ 2947 Widget Factory
http://acm.pku.edu.cn/JudgeOnline/problem?id=2947
求解同余方程组问题。与一般求解线性方程组的问题类似,只要在求解过程中加入取余即可。
注意:当方程组唯一解时,求解过程中要保证解在[3, 9]之间。
POJ 1166 The Clocks
http://acm.pku.edu.cn/JudgeOnline/problem?id=1166
经典的BFS问题,有各种解法,也可以用逆矩阵进行矩阵相乘。
但是这道题用高斯消元法解决好像有些问题(困扰了我N天...持续困扰中...),由于周期4不是素数,故在求解过程中不能进行取余(因为取余可能导致解集变大),但最后求解集时,还是需要进行取余操作,那么就不能保证最后求出的解是正确的...在discuss里提问了好几天也没人回答...希望哪位路过的大牛指点下~~
POJ 2065 SETI
http://acm.pku.edu.cn/JudgeOnline/problem?id=2065
同样是求解同余方程组问题,由于题目中的p是素数,可以直接在求解时取余,套用模板求解即可。(虽然AC的人很少,但它还是比较水的一道题,)
POJ 1487 Single-Player Games
http://acm.pku.edu.cn/JudgeOnline/problem?id=1487
很麻烦的一道题目...题目中的叙述貌似用到了编译原理中的词法定义(看了就给人不想做的感觉...)
解方程组的思想还是很好看出来了(前提是通读题目不下5遍...),但如果把树的字符串表达式转换成方程组是个难点,我是用栈 + 递归的做法分解的。首先用栈的思想求出该结点的孩子数,然后递归分别求解各个孩子。
这题解方程组也与众不同...首先是求解浮点数方程组,要注意精度问题,然后又询问不确定的变元,按前面说的方法求解。
一顿折腾后,这题居然写了6000+B...而且囧的是巨人C++ WA,G++ AC,可能还是精度的问题吧...看这题目,看这代码,就没有改的欲望...
hdu OJ 2449
http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=2449
哈尔滨现场赛的一道纯高斯题,当时鹤牛敲了1个多小时...主要就是写一个分数类,套个高精模板(偷懒点就Java...)搞定~~
注意下0和负数时的输出即可。
fze OJ 1704
http://acm.fzu.edu.cn/problem.php?pid=1704
福大月赛的一道题目,还是经典的开关问题,但是方程数和变元数不同(考验模板的时候到了~~),最后要求增广阵的阶,要用到高精度~~
Sgu 275 To xor or not to xor
http://acm.sgu.ru/problem.php?contest=0&problem=275
题解:
http://hi.baidu.com/czyuan%5Facm/blog/item/be3403d32549633d970a16ee.html