高斯消元(poj1753)

参考了kuangbin的博客,注意自由变元那边

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<math.h>
using namespace std;
const int MAXN=30;
const int INF=0x3fffffff;
int a[MAXN][MAXN];//增广矩阵
int x[MAXN];
int free_x[MAXN];
char str[20][20]; // 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)
//有equ个方程,var个变元。增广矩阵行数为equ,分别为0到equ-1,列数为var+1,分别为0到var.
int Gauss(int equ,int var)
{
    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_index;
    int num=0;
    for(int i=0;i<=var;i++)
    {
        x[i]=0;
        free_x[i]=0;
    }
    //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--;
            free_x[num++]=col;
            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;//异号的情况是相加
                for(j=col;j<var+1;j++)
                {
                    a[i][j] ^= a[k][j];
                }
            }
        }
    }

    // 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;
    }
    int stat=1<<(var-k);//自由变元有 var-k 个
    int res=INF;
    for(i=0;i<stat;i++)//枚举所有变元
    {
        int cnt=0;
        int index=i;
        for(j=0;j<var-k;j++)
        {
            x[free_x[j]]=(index&1);
            if(x[free_x[j]]) cnt++;
            index>>=1;
        }
        for(j=k-1;j>=0;j--)
        {
            int tmp=a[j][var];
            int t=0;
            while(a[j][t]==0)t++;
            for(int l=t+1;l<var;l++)
              if(a[j][l]) tmp^=x[l];
            x[t]=tmp;
            if(x[t])cnt++;
        }
        if(cnt<res)res=cnt;
    }
    return res;
}

void init()
{
    memset(a,0,sizeof(a));
    for(int i=0;i<4;i++)
       for(int j=0;j<4;j++)
       {
           int t=i*4+j;
           a[t][t]=1;
           if(i>0)a[(i-1)*4+j][t]=1;
           if(i<3)a[(i+1)*4+j][t]=1;
           if(j>0)a[i*4+j-1][t]=1;
           if(j<3)a[i*4+j+1][t]=1;
       }
}
int main()
{
    while(scanf("%s",&str[0])!=EOF)
    {
        for(int i=1;i<4;i++)scanf("%s",&str[i]);
        init();
        for(int i=0;i<4;i++)
          for(int j=0;j<4;j++)
          {
              if(str[i][j]=='b')a[i*4+j][16]=0;
              else a[i*4+j][16]=1;
          }
        int ans1=Gauss(16,16);
        init();
        for(int i=0;i<4;i++)
          for(int j=0;j<4;j++)
          {
              if(str[i][j]=='b')a[i*4+j][16]=1;
              else a[i*4+j][16]=0;
          }
        int ans2=Gauss(16,16);
        if(ans1==-1&&ans2==-1)
        {
            printf("Impossible\n");
            continue;
        }
        else if(ans1==-1&&ans2!=-1)printf("%d\n",ans2);
        else if(ans1!=-1&&ans2==-1)printf("%d\n",ans1);
        printf("%d\n",min(ans1,ans2));
    }
    return 0;
}


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