下面继续通过几个示例体会二进制枚举方法的应用。

【例1】建造碉堡

问题描述

设有一个街道笔直的方形城市。该城市的地图是一个有n行和n列的正方形,每行代表一条街道或一堵墙。

碉堡是一座有四个开口的小城堡,可以通过这些开口射击。四个开口分别面向北、东、南和西。每个开口都会有一支机枪射击。 

假设一颗子弹威力巨大,它可以穿越任何距离,并在途中摧毁一座碉堡。另一方面,一堵墙是如此坚固,可以阻挡子弹。

你的目标是在该城市中建造尽可能多的碉堡,建造的碉堡要求任意两座碉堡都不会互相摧毁。也就是说没有两个碉堡位于同一水平行或垂直列上,除非至少有一堵墙将它们隔开。

例如,图1(a)是没有建造碉堡的初始初始状态(图中正方形黑块代表墙);图1(b)和(c)是建造可行方案(图中黑色实心圆代表建造的碉堡),图1(d)和(e)是建造不可行的方案。对图1(a)所示的城市状态,最多可以建造5座碉堡。图1(b)给出了一种可行的建造方案,当然还有其他几种建造方案。

      

你的任务是编写一个程序,在给定地图描述的情况下,计算可以在城市中满足要求建造的碉堡的最大数量。

输入

输入包括多组测试用例。每组测试用例以包含正整数n的行开始,n是城市的大小,n最多为4。接下来的n行字符串分别描述地图的一行,其中字符.表示开放空间,大写字母X表示墙。输入字符串中没有空格。n=0,表示输入结束。

输出

对于每个测试用例,输出一行,其中包含可以在城市中满足要求建造的碉堡的最大数量。

输入样例

4

.X..

....

XX..

....

2

XX

.X

3

.X.

X.X

.X.

4

....

....

....

....

0

输出样例

5

1

5

4

       (1)编程思路。

        由于题目中n不大于4,地图中最多16个位置。因此,可以采用二进制枚举的方法,枚举在这n*n个位置中任选若干个位置建造碉堡的各种组合情况,然后对每个组合情况,逐个判断该组合情况中所建造的每个碉堡的可行性。

       (2)源程序。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int n;
char a[5][5];
int dir[4][2] = {1,0,0,1,-1,0,0,-1};
int judge(int x)    // 判断计算二进制数表示的状态x中的1位是否都能建造碉堡,如不能返回1;否则返回可建造的碉堡个数
{
    char b[5][5];
    int c[20], tot = 0;              // 分别保存碉堡建造的位置和总个数
    memcpy(b, a, sizeof(a));
    int i,j;
    for (i = 0; i < n * n; i++)      // 在二进制状态x中的1位建造碉堡
    {
        if (x & (1 << i))
        {
            int xx = i / n;
            int yy = i % n;
            if (b[xx][yy] == 'X')     // 剪枝,如果碉堡建造在墙上,直接返回-1
                return -1;
            b[xx][yy] = 'a';         // 建造碉堡
            c[tot++] = i;
        }
    }
    for (i = 0; i < tot; i++)        // 看建造的每个碉堡是否可行
    {
        int x1 = c[i] / n;
        int y1 = c[i] % n;
        for (j = 0; j < 4; j++)      // 四个方向遍历
        {
            int x2 = x1 + dir[j][0];
            int y2 = y1 + dir[j][1];
            while(x2 >= 0 && x2 < n && y2 >= 0 && y2 < n)// 控制边界
            {
                if(b[x2][y2] == 'X')   break;      // 碰到墙跳出循环
                if(b[x2][y2] == 'a')   return -1;  // 碰到另一个碉堡'a',不可行
                x2 += dir[j][0];                   // 继续往这方向遍历
                y2 += dir[j][1];
            }
        }
    }
    return tot;
}
int main()
{
    while(scanf("%d",&n) && n!=0)
    {
        int ans = 0;
        int i;
        for (i = 0; i < n; i++)
            scanf("%s",a[i]);
        for (i = 0; i < (1 << (n * n)); i++)       // 二进制枚举地图各点建造碉堡的全部组合
        {
            int cnt=judge(i);
            if (cnt>ans) ans = cnt;
        }
        printf("%dn",ans);
    }
    return 0;
}

       将上面的源程序提交给HDU题库 HDU 1045 Fire Net (http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=1045),可以Accepted。

【例2】子图像

问题描述

如果可以从图像B中删除一些行和一些列的像素,生成的图像与图像A相同,则称图像A是图像B的子图像。图2所示的图像A是图像B的子图像,因为从图像B中移除中间一行和中间一列的像素后,所产生的图像与A相同。

    

 

给定两个黑白图像A和B,确定A是否是B的子图像。

输入

输入第一行包含两个整数r和c(1≤ r、c≤ 20),表示图像A的行数和列数。以下r行,每行包含一个长度为c的字符串,给出一个r×c的0-1矩阵,表示图像A的像素。下一行包含两个整数R和C(r≤ R≤ 20,c≤ C≤ 20),表示图像B的行数和列数。以下R行,每行包含一个长度为C的字符串,给出一个代表图像B像素的R×C的0-1矩阵。0表示白色像素;1表示黑色像素。

输出

如果图像A是图像B的子图像,则输出Yes;否则,输出No

输入样例

2 2

11

10

3 3

101

000

100

输出样例

Yes

        (1)编程思路。

       可以通过在图像B对应的0-1矩阵中寻找是否存在图像A所对应的0-1矩阵来判断图像A是否是图像B的子图像。

       具体做法是:用二进制枚举矩阵B中R行的组合,若枚举的二进制数中1的个数正好为矩阵a的行数r,则表示可以在矩阵B的R行中选出矩阵A的r行。这种情况下,再用循环穷举的方法,看矩阵B的C列中,是否可以选出c列,矩阵B选中的r行在这c列上的值与矩阵A的值一致。

        (2)源程序。

#include <stdio.h>
int main()
{
    char a[21][21],b[21][21];
    int na,ma,nb,mb;
    scanf("%d%d",&na,&ma);
    int i,j,k;
    for (i=0; i<na; i++)
        scanf("%s",a[i]);
    scanf("%d%d",&nb,&mb);
    for (i=0; i<nb; i++)
        scanf("%s",b[i]);
    int flag=0,h[21];
    for (k=0; k<(1<<nb); k++)              // 二进制枚举B矩阵的行组合
    {
        int cnt=0;
        for (j =0; j<nb; j++)              // 遍历二进制的每一位
        {
            if (k & (1 << j))              // 判断二进制第j位是否为1,若为1,表示行选中
                h[cnt++]=j;                // 如果第j个元素选中,则记录选中的行号
        }
        if (cnt==na)                       // 矩阵B选中的行数正好是矩阵A的行数na
        {
            int st=0;                      // 矩阵B中可以挑选的起始列号
            while (st<=mb-ma)
            {
                int cola=0,ff=1;
                for (i=st; i<mb; i++)      // 从矩阵B的起始列到最后列中看能否找到矩阵A的所有列
                {
                    ff=1;
                    for (j=0; j<na; j++)   // 矩阵A中各行的当前列在矩阵B选中行的某列是否一致
                        if(a[j][cola]!=b[h[j]][i])
                        {
                            ff=0;
                            break;
                        }
                    if (ff) cola++;
                    if (cola==ma) break;   // A矩阵的ma列全部可在B矩阵中找到
                }
                if (cola==ma)              // A矩阵的ma列全部可在B矩阵中找到
                {
                    flag=1;
                    break;
                }
                st++;                      // 当前起始列不恰当,将下一列作为起始列,重新找
            }
            if (flag==1) break;            // 已找到答案,退出循环
        }
    }
    if (flag) printf("Yesn");
    else      printf("Non");
    return 0;
}

        将上面的源程序提交给北大POJ题库 POJ 3600 Subimage Recognition (http://poj.org/problem?id=3600),可以Accepted。

【例3】查找0-1矩阵

问题描述

给定一个M×N的0-1矩阵,你能找到一些让每个列包含且仅包含一个1的行吗。

输入

输入包括多组测试用例。每组测试用例的第一行输入为M,N(M≤ 16,N≤ 300),接下来的M行每行包含N个用空格分隔的整数0或1。

输出

对于每个测试用例,如果你能找到它,输出Yes, I found it,否则输出It is impossible

输入样例

3 3

0 1 0

0 0 1

1 0 0

4 4

0 0 0 1

1 0 0 0

1 1 0 1

0 1 0 0

输出样例

Yes, I found it

It is impossible

       (1)编程思路。

       本题同样采用二进制枚举各行的组合,再用位运算来判断所选的那些行是否满足每列只有一个1。

       由于题目中给出最多16行,因此可以用一个int型整数(32位>16)的每个二进制位来表示每列状态。以输入样例中的4×4矩阵来说明。第0列4行上的数字分别为0、1、1、0,对应二进制数为110,将其对应的十进制整数6保存到数组元素col[0]中,第1列4行上的数字分别为0、0、1、1,对应二进制数为1100,将其对应的十进制整数12保存到数组元素col[1]中;同理,col[2]=0,col[3]=5。

      同样,对应输入样例中的3×3矩阵,则有 col[0]=4,col[1]=1,col[2]=2。      

      当二进制枚举到状态i时,要判断所选行中,第j列是否有且只有1个1。可以令t = col[j]&i,这样就把枚举的行里面的1取了出来。因为在枚举的二进制状态i中,选中的行相应位为1,未选中的行相应位为0,而 0 & 1=0,这样某列在未选中行上的1均会变成0。

     得到t值后,如果t=0,说明枚举的这些行对应的某列里面一个1都不含,肯定不满足要求。如果 t != 0,再看 t&(t-1)的值,若该值等于0,表示 t 只有一个1,也就是在所选行中,第j列有且只有1个1;否则,t中不止1个1,不满足要求。

       (2)源程序。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
    int m,n;
    while (scanf("%d%d", &m, &n)!=EOF){
        int col[301];
        int i,j,x,flag = 0;
        memset(col, 0, sizeof(col));
        for (i=0; i<m; i ++){                       // 输入时预处理,将每列中各行0、1组成的二进制数转换为十进制数保存到数组col中
            for (j=0; j<n; j++){
                scanf("%d",&x);
                if (x==1) col[j] += (1 << i);
                if (i==m-1 && col[j]==0) flag = 1;  // 若每列1的个数为0,显然不可能
            }
        }
        if (flag){
            printf("It is impossiblen");
            continue;
        }
        for (i=1; i<(1<<m); i++){                   // 用二进制枚举,对各行的组合进行选择
            for (j = 0; j < n; j ++){
                int t = col[j] & i;
                if (t==0 || (t & (t-1))) {
                    break;
                }
            }
            if (j==n) {flag = 1; break; }
        }
        if (flag == 0)
           printf("It is impossiblen");
        else
           printf("Yes, I found itn");
    }
    return 0;
}

        将上面的源程序提交给北大POJ题库 POJ 3740 Easy Finding(http://poj.org/problem?id=3740),可以Accepted。

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文章来源: 博客园

原文链接: https://www.cnblogs.com/cs-whut/p/16929956.html

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