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📜  两个等长子集的所有元素的按位异或的最大和(1)

📅  最后修改于: 2023-12-03 15:06:14.619000             🧑  作者: Mango

两个等长子集的所有元素的按位异或的最大和

在解决这个问题之前,让我们先来了解一下什么是按位异或。

按位异或,也叫位异或运算,是一种二进制运算符。它的作用是对两个二进制数进行按位异或运算,返回的结果是一个新的二进制数,具体规则如下:

  • 当两个对应的二进制位都是1时,结果为0
  • 当两个对应的二进制位都是0时,结果为0
  • 当两个对应的二进制位一个为0,一个为1时,结果为1

例如,对于二进制数1101和1011进行按位异或,其结果为0110。

回到本题,给定一个非空整数数组,我们需要将其划分成两个等长的子集,使得这两个子集的所有元素进行按位异或后的结果和最大。这个最大和是多少呢?让我们来看下面这个例子:

输入:[1, 2, 3, 4]
输出:7
解释:
将数组划分成两个等长的子集[1, 4]和[2, 3],它们进行按位异或后的结果分别为5和2,因此最大和为7。

接下来,让我们来思考一下如何解决这个问题。

我们可以使用动态规划来求解。首先,我们需要计算出整个数组所有元素的异或和,记为sum。然后,我们可以定义一个二维数组dp,其中dp[i][j]表示将数组的前i个元素划分成j个等长的子集,它们进行按位异或后的结果和最大是多少。根据我们的定义,显然dp[n][2]就是我们要求的答案。

接下来,我们考虑如何转移状态。对于dp[i][j],我们需要枚举前一个子集的结束位置k,其中k的范围为[j-1, i-1]。这是因为我们需要保证前一个子集的长度不小于当前子集的长度。转移方程如下:

dp[i][j] = max(dp[k][j-1] ^ (sum[i] ^ sum[k]))

其中,^表示按位异或运算,sum[i]表示数组前i个元素的异或和,sum[k]表示数组前k个元素的异或和。我们计算dp[i][j]时,先枚举前一个子集的结束位置k,然后计算当前子集的起始位置为k+1时,它们进行按位异或后的结果和,再加上dp[k][j-1]即可。

最后,我们需要考虑边界条件。首先,对于dp[i][1],它们进行按位异或后的结果和就是数组前i个元素的异或和,因此dp[i][1]的值可以用sum[i]来计算。其次,由于我们定义的是“等长的子集”,因此当n%2!=0时,是无法将整个数组平均分成两个等长的子集的。这种情况下,我们可以直接返回0作为答案。

综上,我们可以得到以下的Python代码实现:

class Solution:
    def subsetXORSum(self, nums: List[int]) -> int:
        n = len(nums)
        if n % 2 != 0:
            return 0
        
        # 计算数组的前缀异或和
        sum = [0] * (n+1)
        for i in range(1, n+1):
            sum[i] = sum[i-1] ^ nums[i-1]
        
        # 初始化边界条件
        dp = [[0] * (n//2+1) for i in range(n+1)]
        for i in range(1, n+1):
            dp[i][1] = sum[i]
        
        # 转移状态
        for i in range(1, n+1):
            for j in range(2, n//2+1):
                for k in range(j-1, i):
                    dp[i][j] = max(dp[i][j], dp[k][j-1] ^ (sum[i] ^ sum[k]))
        
        return dp[n][2]

这个算法的时间复杂度为O(n^3),空间复杂度为O(n^2)。在实际应用中,我们可以优化空间复杂度,只保留当前状态和前一个状态。这个优化可以参考“四键键盘”的动态规划解法。