「ARC217A」Min of Sum of XOR

Description

Link:ARC217A

给出一个正整数 nn

构造一个关于 nn 的排列,使得 i=1nj=1ipj\sum_{i = 1}^n \bigoplus_{j = 1}^i p_j 最小。

其中 j=1ipj\bigoplus_{j = 1}^i p_j 表示 p1,,pip_1, \dots, p_i 的异或和。

数据范围:1n2×1051 \leq n \leq 2\times 10^5

时空限制:22s / 10241024MiB。

Solution

首先要考虑这个问题的下界。

不妨先思考一个子问题:对于一个长度为 nn0101 序列,如何重排才可以使得前缀异或和之和最小?

  • 假设一共有 cc11,应该将第 2i12i - 111 与第 2i2i11 相邻摆放。特别地,若 cc 为奇数,则最后一个 11 需要放在第 nn 位上。

继续考虑这个问题的下界。对于每一个二进制位,都要遵循上述的摆放规则,才可以取到下界。

回顾一个关键性质:4i,4i+1,4i+2,4i+34i, 4i + 1, 4i + 2, 4i + 3 的异或和为 00

并且 4i,4i+1,4i+2,4i+34i, 4i + 1, 4i + 2, 4i + 3 的所有第 kk (k2k \geq 2) 个二进制位全都相等。这启发我们,以 44 为步长进行分段。

不难发现对于排列 1,,n1, \dots, n,只有第 0,10, 1 个二进制位还不满足要求。

将分段调整成 4i,4i+1,4i+3,4i+24i, 4i + 1, 4i + 3, 4i + 2。这样第 00 个二进制位和第 11 个二进制位段内分别为 (0,1,1,0),(0,0,1,1)(0, 1, 1, 0), (0, 0, 1, 1),即可符合要求。

对于最后不足 44 个的一段,就直接按顺序填写剩下的数即可。

注意到当 n0,1,3(mod4)n \equiv 0, 1, 3 \pmod 4 时,显然也可以取到下界。只有 n2(mod4)n \equiv 2 \pmod 4 这一例外,此时最后一段是不完整的。

事实上 n2(mod4)n \equiv 2 \pmod 4 的时候是取不到下界的。假设存在某个排列 pp 取到了下界:

  • 因为 1,,n11, \dots, n - 1 中所有第 kk (k1k \geq 1) 个二进制位都有偶数个,此时再将 nn 加入的话,根据规则就必然有 pn=np_n = n
  • 但是此时 1,,n1, \dots, n 中的第 00 个二进制位有奇数个,若想取到下界必有 pnp_n 为奇数,这与 pn=np_n = n 矛盾。

但该种情况经过上述构造可以取到下界 +1+1,所以该种构造是正确的。

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#include <bits/stdc++.h>

using i64 = long long;

#define debug(a) std::cout << #a << '=' << (a) << ' '

template <class T>
inline void chmin(T &x, const T &y) {
if (x > y) {
x = y;
}
}
template <class T>
inline void chmax(T &x, const T &y) {
if (x < y) {
x = y;
}
}

void work() {
int n;
std::cin >> n;

std::vector<int> ans(n + 1);
std::iota(ans.begin(), ans.end(), 0);

for (int i = 3; i <= n; i += 4) {
std::swap(ans[i - 1], ans[i]);
}
for (int i = 1; i <= n; i ++) {
std::cout << ans[i] << " \n"[i == n];
}
}

int main() {
std::ios::sync_with_stdio(0);
std::cin.tie(0);

int T;
std::cin >> T;

while (T --) {
work();
}

return 0;
}