📜  生成范围 [0, N-1] 中的对,其中所有对 K 的按位与之和(1)

📅  最后修改于: 2023-12-03 15:11:14.064000             🧑  作者: Mango

生成范围 [0, N-1] 中的对,其中所有对 K 的按位与之和

在计算机科学中,"按位与"操作是指同时对两个二进制数进行按位运算。具体地,如果两个二进制数的同一位都为1,则结果对应位置为1,否则为0。本题要求生成一个范围为[0, N-1]内的所有对,并计算这些对K的按位与之和。

我们可以用以下的两个循环来生成这些对:

res = 0
for i in range(N):
    for j in range(i+1, N):
        res += i & j

其中,变量res用来存储按位与之和。对于每个i,内层循环遍历所有i之后的数j,并将i和j的按位与结果计入res中。

这个解法的时间复杂度为O(N^2),在N比较小的情况下是可以接受的。但是如果N非常大,这个解法就会耗费大量的时间。

我们能否优化这个解法呢?可以发现,所有的数都是二进制形式下的。因此,每个数可以看作是一个01串。我们不妨枚举这个01串的每一位。如果在这一位上,所有的数都是1,那么对于这一位上,所有数的按位与结果就是1。否则为0。因此,我们可以用以下的代码来解决问题:

res = 0
for bit in range(31, -1, -1):
    cnt = 0
    for i in range(N):
        if i & (1 << bit):
            cnt += 1
    res += cnt * (cnt-1) // 2 * (1 << bit)

其中,变量res存储按位与之和。外层循环枚举每一位。内层循环遍历所有数,统计这一位上为1的数的个数cnt。根据组合数学中,从cnt个数中选择2个数的方案数为cnt*(cnt-1)/2。因此,这段代码的含义是:统计每一位上为1的数的组合数,然后计算这些组合数的二进制数值,并将它们相加得到res。

这个解法的时间复杂度为O(32*N),因此在N比较大时也能够快速解决问题。

总结来说,针对这个问题,我们可以用两个不同的算法:暴力枚举和按位计数。暴力枚举的时间复杂度为O(N^2),而按位计数的时间复杂度为O(32*N)。在N较小时,暴力枚举可行,而在N较大时,应该选择按位计数算法。