小米OJ - 灯 - 仔细分析找规律

题目描述

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一个屋子有 n n n 个开关控制着 n n n 盏灯,但奇怪的是,每个开关对应的不是一盏灯,而是 n − 1 n-1 n1 盏灯,每次按下这个开关,其对应的 n − 1 n-1 n1 盏灯就会由亮变灭,或者由灭变亮。保证不会有两个开关控制同样的 n − 1 n-1 n1 盏灯。

现在刘同学想把灯全部开好,但是这些灯一开始的状态非常乱,刘同学想知道最少需要按多少次开关才能使所有灯全部亮起。

输入

单组数据输入,每组数据一行,两个数 n n n, l l l 分别代表灯的数量、最开始时亮着的灯的数量( 1 &lt; l &lt; n &lt; 10000000000 1&lt;l&lt;n&lt;10000000000 1<l<n<10000000000)。

输出

每组数据输出一个数,即能使所有灯全部亮起的最少的按开关的次数,如果无法做到灯全部亮起,输出“Impossible

解析

一个开关控制 n − 1 n-1 n1盏灯,一开始亮的灯有 l l l盏,灭的灯有 n − l n-l nl盏。你作为一个操作的人,无非就是操作一盏亮的或者一盏灭的灯,你只有这两种选择。

亮 灭 l n − l \begin{matrix} 亮 &amp; 灭\\ l &amp; n-l \end{matrix} lnl

那么可以考虑下你的这两种操作会带来一种什么样的局面

  • 你操作亮的 l l l盏灯中任意一盏,那么其余的 n − 1 n-1 n1盏灯状态反转,局面变成下面这样子

亮 灭 n − l + 1 l − 1 \begin{matrix} 亮 &amp; 灭\\ n-l+1 &amp; l-1 \end{matrix} nl+1l1

  • 你操作灭的 n − l n-l nl盏灯中任意一盏,那么其余的 n − 1 n-1 n1盏灯状态反转,局面变成下面这样子

亮 灭 n − l − 1 l + 1 \begin{matrix} 亮 &amp; 灭\\ n-l-1 &amp; l+1 \end{matrix} nl1l+1

这就是你操作任一一盏灯所会带来的局面变化。那么考虑下最终的局面,一定是这样的。

亮 灭 n 0 \begin{matrix} 亮 &amp; 灭\\ n &amp; 0 \end{matrix} n0

那么我们是不是可以从最终局面反推出当前局面呢?是的可以,利用每种局面亮的灯的盏数;

n − l + 1 = n n − l − 1 = n \begin{matrix} n-l + 1 =n\\ n-l-1 = n \end{matrix} nl+1=nnl1=n

解上面的两个方程,可以把 l l l解出来,这个 l l l就是倒数第二个局面亮的灯的盏数,而且每次只有一个方程有解,这就意味这,每次操作的灯是有明确次序的。

依次类推,可以求出从最终局面到目标局面亮的灯的盏数的一个序列

n 1 n − 2 3 n − 4 ⋯ 1 2 3 4 5 ⋯ \begin{matrix} n &amp; 1 &amp; n -2 &amp; 3 &amp; n-4 &amp; \cdots \\ 1 &amp; 2 &amp; 3 &amp; 4 &amp; 5 &amp; \cdots \end{matrix} n112n2334n45

现在 l l l就在这个序列中,我们要求的问题转换成 l l l n n n要经历多少步。

可以发现, n n n的奇偶性可以影响整个序列有无偶数。

例如, n = 4 n=4 n=4

4 1 2 3 0 1 2 3 4 5 \begin{matrix} 4 &amp; 1 &amp; 2 &amp; 3 &amp; 0 \\ 1 &amp; 2 &amp; 3 &amp; 4 &amp; 5 \end{matrix} 4112233405

n = 5 n=5 n=5
5 1 3 3 1 5 1 2 3 4 5 6 \begin{matrix} 5 &amp; 1 &amp; 3 &amp; 3 &amp; 1 &amp; 5 \\ 1 &amp; 2 &amp; 3 &amp; 4 &amp; 5 &amp; 6 \end{matrix} 511233341556

通过 n n n的奇偶性,然后再考虑 l l l的奇偶性,就可以得出答案了。这在代码中有体现,不再赘述。

代码

#include <bits/stdc++.h>

int main()
{
    for (long long n, l; std::cin >> n >> l; ) {
        std::cout << [&] () -> std::string
        {
            std::string ret;
            switch (l & 1 | ((n & 1) << 1)) {
            case 0:
                ret = std::to_string(n - l);
                break;
            case 1:
                ret = std::to_string(l);
                break;
            case 2:
                ret = "Impossible";
                break;
            case 3:
                ret = std::to_string(std::min(l, n - l));
                break;
            default:
                break;
            }
            return ret;
        } () << std::endl;
    }
    return 0;
}
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