标签: 异或空间

  • 随记 – 五月二日 – 初探格雷码

    格雷码(Gray code)是一种任意两相邻项有且仅有一位不同的二进制编码。

    直观来看,其构造方式如下:假如我们构造出了格雷码$g_{0, 1, \cdots, 2^m-1}$,现在考虑构造$m+1$位格雷码。我们将前$2^m$位复制一遍,然后反转在原序列中的位置,也即$g’_{2^m+i}=g_{2^m-1-i}, i \in [0, 2^m)$;然后在最后$2^m$项格雷码的左侧分别添上$1$。由此有$g_{2^m+i}=g_{2^m-1-i}+2^m$。

    实际操作时,可以采用相邻两项的异或值与前缀异或和快速构造。假若有$g_x$与$g_{x-1}$的异或值序列$s_{1, 2, \cdots, 2^m-1}$,那么便有$s_{2^m+i}=s_{i}, i \in [1, 2^m)$,同时有$s_{2^m+1}=g_{2^m+1} \oplus g_{2^m}=2^m$。

    例如,前8项格雷码的二进制表示为:$\{\text{0b}000, \text{0b}00{\color{blue}1}, \text{0b}0{\color{blue}1}1, \text{0b}01{\color{blue}0}, \text{0b}{\color{blue}1}10, \text{0b}11{\color{blue}1}, \text{0b}1{\color{blue}0}1, \text{0b}10{\color{blue}0}\}$,相邻两项异或值为$\{1,2,1,4,1,2,1\}$。

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  • AtCoder ARC138D – Differ by K bits 简略题解

    考虑这个排列是怎样生成的。转述一下题意,可以发现,$\operatorname{popcount}(P_i \oplus P_{i+1 \mod {2^n}})=K$,也即全集$\text{msk}=2^N-1$的一个大小为$K$的子集。

    由于这是一个环排列,我们不妨令$P_0=0$。这样一来,$P_i=\operatorname{\bigoplus}\limits_{j=1}^{i}S_j, |S_j|=K$。结合上文可知,这是一个相邻元素二进制位恰相差$K$位的格雷码问题。有$K=1$时,满足条件的$S_j$恰有$N$个,也就是$N$位格雷码。

    考虑推广。我们发现,如果按照类格雷码的方式生成排列,则所有的$S_j$应构成异或空间,其大小应当恰为$2^N$,并且由线性空间知识可以得到,该线性空间的秩(基的大小)应当恰为$N$。这恰好符合$N$位格雷码的构造。因此,只要满足上述条件,就一定能够生成符合题意的排列。

    可以证明,除了$2\mid K \lor (K=N \land N>1)$以外,总是有满足条件的线性空间生成的。

    下述解法的时间复杂度$\operatorname{O}\left(\dbinom{N}{K}+2^N\right)$。 (更多…)