4.8 KiB
4.8 KiB
AcWing 448. 表达式的值
一、题目描述
对于 1 位二进制变量定义两种运算:
运算的优先级是:
先计算括号内的,再计算括号外的。
× 运算优先于 ⊕ 运算,即计算表达式时,先计算 × 运算,再计算 ⊕ 运算。
例如:计算表达式 A⊕B×C 时,先计算 $B×C$,其结果再与 A 做 ⊕ 运算。
现给定一个未完成的表达式,例如 $_+(_*_)$,请你在横线处填入数字 0 或者 $1$,请问有多少种填法可以使得表达式的值为 $0$。
输入格式
第 1 行为一个整数 $L$,表示给定的表达式中除去横线外的运算符和括号的个数。
第 2 行为一个字符串包含 L 个字符,其中只包含 (、)、+、* 这 4 种字符,其中 (、) 是左右括号,+、* 分别表示前面定义的运算符 ⊕ 和 $×$。
这行字符按顺序给出了给定表达式中除去变量外的运算符和括号。
输出格式 输出包含一个整数,即所有的方案数。
注意:这个数可能会很大,请输出方案数对 10007 取模后的结果。
数据范围
0≤L≤10^5
输入样例:
4
+(*)
输出样例:
3
二、题目解析
每一个中缀表达式都对应一棵满二叉树:
叶节点是数值; 内部节点是操作符,可能是$⊕, ×$; 然后树形$DP$即可,每个节点存两个状态:该节点等于$0$的方案数、该节点等于$1$的方案数。
这其实就是一个用公式递推的过程。每一步计算下一步答案为$0$或$1$的方法数:设两个步骤的运算结果经过每个符号到一个结果时,
- 第一个运算结果算出$0$的方案数为$a[0]$,$1$的方案数为$a[1]$。
- 第二个算出$0$的方案数为$b[0]$,算出$1$的方案数为
b[1]
则有:
-
当符号是$⊕$时
- 得到$0$的方案数:
a[0]*b[0] - 得到$1$的方案数:
a[0]*b[1]+a[1]*b[0]+a[1]*b[1]
- 得到$0$的方案数:
-
当符号是$×$时
- 得到$0$的方案数:$a[0]*b[0]+a[0]*b[1]+a[1]*b[0]$
- 得到$1$的方案数:$a[1]*b[1]$
实际上我们也不需要将二叉树重建出来,直接在用栈模拟的过程中$DP$即可,这是因为栈模拟的顺序和深度优先遍历二叉树的顺序是相同的。
三、实现代码
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N = 100010, mod = 10007;
/*
整体理解为一个表达式二叉树,每个节点是一个运算完的结果。
本题中要模拟的数字,在表达式二叉树中,其实是叶子节点,
stack<vector<int>> num; 中,入栈的每一个对象,其实都是一个只有两个
长度的小整数数组,分别是a[0],a[1],分别代表是0的方案数量,是1的方案数量
对于叶子节点而言,可以是1也可以是0,方案数量都是1种。
所以下面的代码中会有num.push({1, 1});
*/
stack<char> op; // 运算符栈
stack<vector<int>> num; // 得0的方案数num[0],得1的方案数num[1]
// 运算符优化级
unordered_map<char, int> h = {{'+', 1}, {'*', 2}};
void eval() {
// 运算符
auto c = op.top();
op.pop();
// 两个数,本题的弹出顺序不重要,事实上是先b后a,因为是栈
auto b = num.top();
num.pop();
auto a = num.top();
num.pop();
// ⊕ 运算符
if (c == '+')
num.push({a[0] * b[0] % mod,
(a[0] * b[1] + a[1] * b[0] + a[1] * b[1]) % mod});
else // × 运算符
num.push({(a[0] * b[0] + a[1] * b[0] + a[0] * b[1]) % mod,
a[1] * b[1] % mod});
}
int main() {
int n;
string expr;
cin >> n >> expr;
// 第一个位置,需要放上一个数字,可以是0也可以是1,方案数都是1
num.push({1, 1});
for (auto c : expr) { // 读入表达式
if (c == '(')
op.push(c); // 左括号入栈
else if (c == '+' || c == '*') {
// 通过while循环,把栈内的表达式先计算出结果,再将当前操作符入栈
while (op.size() && h[op.top()] >= h[c]) eval();
op.push(c);
// 处理完操作符,需要模拟下面的数字是0,还是1
num.push({1, 1}); // 无论是0还是1,方案数都是1,这样所有情况都考虑到了
} else { // 右括号
while (op.top() != '(') eval();
op.pop();
}
}
// 1*1-0 类似这样的表达式,op栈中应该有*-两种符号,需要再次弹栈计算
while (op.size()) eval();
cout << num.top()[0] << endl;
return 0;
}
