洛谷P6599 「EZEC-2」异或【题解】

题目大意

有$T$组数据，每组数据给定两个$l,n\in\mathbb{N*}$,构造一个长为$l$,每个元素不超过$n$的数组

令他为$a$,要使

\[\sum_{i=1}^l\sum_{j=1}^{i-1}a_i\oplus a_j
\]

最大，问最大值为多少

浅浅谈一下？

首先，我们肯定从那个式子入手，我们可以发现$\sum_{i=1}^l\sum_{j=1}^{i-1}$这个东西，就是让一个数组里的每两个元素一一异或
于是，问题就转变成了你需要构造一个$a$数组，里面的每两个元素一一异或的值加起来最大
我们继续转化，发现异或就是把每个数变成二进制，进行运算的，所以我们就可以想象有一堆二进制数，他们现在要一一异或
我们来认识一下异或:$\oplus$
运算规则
只要不一样就是$1$,不一样就是$0$
例子：$01_{(2)} \oplus 11_{(2)}=10_{(2)}$
发现了什么？
只有两边各有一个$0$或$1$这一位才为$1$
我们再来认识一下位值
假设有一个$101_{(2)}$,它的十进制是什么？
是不是$4+1=5$?所以第三位$1$它的值就是$2^{3-1}=4$
我们归纳一下，如果一个二进制数，它的第$k$位是1，那么那一位贡献的值就是$2^{k-1}$
好啦，以上就是前置芝士

回到本题

既然我们吧那个式子转换成一堆二进制一一异或，我们就可以每一位每一位的看
假如现在有$l$个二进制数，我们单独看看第$k$位
假设第$k$位有$x$个$0$.那么第$k$位就有$l-x$个$1$
现在我们要看看这一堆$0$和$1$对原式有什么贡献
根据前置芝士，只有一个$0$和一个$1$才能有一个$1$
所以第$1$个$0$可以和其他$l-x$个$1$一一异或成为$l-x$个$1$
同理，第$2$个，第$3$个……都可以产生$l-x$个$1$
所以共可以产生$x\cdot (l-x)$个$1$,而第$k$个$1$贡献的值为$2^{k-1}$,所以总共贡献的值为
$2^{k-1}\cdot x \cdot (l-x)$
所以,如果我们设$p$为$n$的二进制位数的话

\[\sum_{i=1}^l\sum_{j=1}^{i-1}a_i\oplus a_j=\sum_{i=1}^p2^{i-1}\cdot x \cdot (l-x)
\]

要使那个式子最大，首先要使$2^{i-1}\cdot x \cdot (l-x)$这个最大
我们发现$2^{i-1}$是常数，不看他，也就是要$x\cdot (l-x)$最大
假如你学过二次函数

\[x\cdot (l-x)=-x^2+lx
\]

该二次函数开口向下，有最大值
也就是当$x=-\frac{b}{2a}=\frac{-l}{-2}=\frac{l}{2}$时取最大值
这里要纠正一下，因为只有可能是整数，所以我们这里向下取整一下（和向上取整没区别）
原式就等于$\left \lfloor \frac{l}{2}\right \rfloor\cdot (l-\left \lfloor \frac{l}{2}\right \rfloor)$
于是我们就可以得到一个式子（注意，$\sum$具有结合律）

\begin{aligned}
&\sum_{i=1}^p2^{i-1}\cdot\left \lfloor \frac{l}{2}\right \rfloor\cdot (l-\left \lfloor \frac{l}{2}\right \rfloor)\\
=&\left \lfloor \frac{l}{2}\right \rfloor\cdot (l-\left \lfloor \frac{l}{2}\right \rfloor)\cdot\sum_{i=1}^p2^{i-1}
\end{aligned}
\]

对于$\sum_{i=1}^p2^{i-1}$我们可以用等比数列的求和公式，它就变成了$2^p-1$
所以我们要求的就是

\[\left \lfloor \frac{l}{2}\right \rfloor\cdot (l-\left \lfloor \frac{l}{2}\right \rfloor)\cdot2^{p}-1
\]

最后一个问题：$p$是什么？
我们立刻就会想到与$\log n$有关系，我们来手摸一下
如果是$8=1000_{(2)}$，$\log 8=3$，位数是$4$,所以我们要加一
再来一个$7=111_{2}$,$\log 7 = 2....$,位数是$3$,所以我们要向下取整在加一
归纳一下

\[p= \left \lfloor \log n\right \rfloor + 1
\]

于是代码就出来了

$\mathcal{Code}$

#include<bits/stdc++.h>

using namespace std;

#define int unsigned long long

const int MAXN = 5e5 + 7, mod = 1e9 + 7;

int T, n, l;

signed main() {

	ios::sync_with_stdio(false);

	cin.tie(0); cout.tie(0);

	cin >> T;

	while (T--) {

		cin >> n >> l;

		if (n == 1) cout << 0 << endl;

		else cout << ((l / 2 * (l - l / 2)) % mod * ((int)pow(2, (int)log2(n) + 1) - 1)) % mod << endl;

	}

	return kkksc03;

}

完结撒花✿✿ヽ(°▽°)ノ✿