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这里是由用户提供的文字优化后的版本,主要内容包含与控制开关递归枚举相关的C++程序的代码实现。
开关递归排列问题的解决方案
通过观察题目可以发现,这是一个典型的开关递归排列问题,可以通过编程的方法来解决。以下是一个基于C++语言的实现方案,能够有效地找到开关递归排列完成所有灯的开关方案。
问题分析
问题设置是一个4x4的迷宫,每一格有一盏灯和一个开关。当按动某一行或某一列的开关时,该行或该列的所有灯的状态都会发生改变(打开或关闭)。目标是在最少按动次数内,找到所有灯都能打开的开关组合。
方案概述
本方案采用深度优先搜索(DFS)的方式系统地枚举所有可能的开关组合。通过压减法(greedy algorithm)的思想,逐步找到开关组合的可能方案。具体来说,通过记录每次按动的开关位置,单独模拟灯的状态变化,逐步完善开关组合。
代码实现
#include#include #include using namespace std;char s[4][4]; // 记录每个位置的灯的状态int m; // 总开关数量int limit = 16;int r[16], c[16]; // 记录每个开关按下的位置int flag = 1;void switching(int x, int y, int k) { r[k] = x; c[k] = y; for (int i = 0; i < 4; ++i) { s[x][i] ^= 1; // 操作该行 } for (int i = 0; i < 4; ++i) { s[i][y] ^= 1; // 操作该列 } s[x][y] ^= 1; // 操作当前矩阵元素}bool open() { for (int i = 0; i < 4; ++i) { for (int j = 0; j < 4; ++j) { if (s[i][j] == 0) return false; } } return true;}void dfs(int cur, int k) { if (k == limit) { if (open()) { flag = 1; } return; } if (flag || cur == limit) return; switching(cur / 4, cur % 4, k); dfs(cur + 1, k + 1); switching(cur / 4, cur % 4, k); dfs(cur + 1, k);}void dfstravel() { for (int m = 1; m <= 16; ++m) { if (flag) break; dfs(0, 0); } if (flag) { cout << "Achieved at step " << m << endl; for (int i = 0; i < limit; ++i) { if (c[i] != -1) { cout << "Open switch at position " << r[i] << ", " << c[i] << endl; } } }}int main() { freopen("in.txt", "r", stdin); // 初始化字母矩阵 vector matrix(4*4); for (int i = 0; i < 16; ++i) { char c = getc(stdin); if (c == '-') { s[i / 4][i % 4] = 1; } else if (c != '\n') { s[i / 4][i % 4] = 0; } // 去除换行符 } dfstravel(); return 0;}
代码解释
头文件包含:标准输入输出流,数组和向量用于程序数据结构的处理。
数组定义:
s[4][4]
:用于记录各个灯的当前状态(0为关闭,1为打开)。r[16], c[16]
:分别记录第k
次按动开关时所在的行和列位置。flag
:实现递归回溯时的标记位,用于标识当前是否找到符合条件的开关组合。
switching
函数:模拟按动开关的效果。记录开关所在行和列的位置,并翻转该行、列以及交点处的灯状态。
open
函数`:检查整个灯阵是否全为打开状态,用于验证当前开关组合是否满足条件。
深度优先搜索dfs
函数:这是最核心的递归枚举代码。使用递归的方式试探所有可能的开关按压顺序,逐步构建可能的开关组合。
dfstravel
函数:实现对深度优先搜索的调用,枚举所有可能的开关按压顺序,直至找到满足条件的开关组合。
主函数main
:从标准输入读取开关初始化状态,调用递归搜索函数查找所有可能的开关组合。
输入处理:读取输入的矩阵位,记录灯的初始状态。通过switching
函数模拟开关按压效果,逐步调整灯的状态。
通过上述代码,可以系统地逐步寻找最优的开关按压方案。性能方面,4x4灯阵最多需要16次递归枚举操作,可以很快得到结果。
结论
通过本方案,程序能够有效地解决开关递归排列问题,实现对迷宫灯阵的简单控制。在实际应用中,具体的迷宫规模可以通过调整代码参数来实现更大规模的灯阵控制。这也为复杂的递归问题提供了一种清晰的解决思路。
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