Нахождение максимального XOR двух чисел в интервале: можем ли мы сделать лучше, чем квадратичное?


14

Предположим, нам даны два числа и и мы хотим найти для .lrmax(ij)li,jr

Наивный алгоритм просто проверяет все возможные пары; например, в ruby ​​у нас будет:

def max_xor(l, r)
  max = 0

  (l..r).each do |i|
    (i..r).each do |j|
      if (i ^ j > max)
        max = i ^ j
      end
    end
  end

  max
end

Я чувствую, что мы можем сделать лучше, чем квадратичные. Есть ли лучший алгоритм для этой проблемы?


Вы должны позволить jпробегать i+1..rи iпробегать, l...r-1чтобы быть точным.
Ахмет Алп Балкан

Ответы:


20

Мы можем достичь линейного времени выполнения по длине двоичного представления и :nlr

Префикс в двоичном представлении и , одинаковый для обоих значений, также одинаков для всех значений между ними. Таким образом, эти биты всегда будут .plr0

Поскольку , бит, следующий за этим префиксом, будет в и в . Кроме того, числа и находятся в интервале.r>l1r0lp10n|p|1p01n|p|1

Таким образом, максимум, который мы ищем, равен .0|p|1n|p|


1
Ну, это было легко! Думаю, мне следовало подумать над этой проблемой.
Якопо Нотарстефано

Автор темы спросил "лучше, чем квадратичные числа". Это является линейным по размеру чисел, поэтому оно является логарифмическим по самим числам.
gnasher729 20.09.16

18

Это можно сделать за время .O(logr)

Максимально возможное XOR любых двух целых чисел из интервала может быть определено из l r , предполагая, что l , r - целые числа. Это значение равно 2 p - 1 , где p - наименьшее значение, такое, что 2 p больше, чем l r . [l,r]lrl,r2p1p2plr

Вот реализация в C ++

int maximumXOR(int l, int r) {
    int q = l ^ r, a = 1;
    while(q){
        q /= 2;
        a <<= 1;
    }
    return --a;
}

Можете ли вы объяснить обоснование этого алгоритма?
sk1pro99

Это видео может вам помочь: youtube.com/watch?v=3j-ok4gMjXU
Джек Кинселла,

0

Нам нужно максимизировать xor между «маленьким» и «высоким». Итак, давайте рассмотрим пример, чтобы понять это.

5 xor 2 = 101 xor 010 первый случай: бит MSB не установлен для обоих значений в диапазоне. Если мы хотим максимизировать это, то нам нужно сохранить MSB равным 5 (100) и подумать о максимизация оставшихся младших битов. Поскольку мы знаем, что младшие биты все будут едины для случая, когда все равно 11, что является ничем иным, как 3, т.е. 2 ^ 2-1. Поскольку проблема говорит о диапазоне от 2 до 5, мы определенно имеем 3 в диапазоне. Таким образом, все, что нам нужно сделать, это найти самый высокий набор старших битов из двух больших значений и добавить оставшиеся 1 для младших битов.

Второй случай: Что касается случая, когда MSB установлен для обоих значений в диапазоне, при выполнении xor эти биты определенно будут установлены в 0, и нам нужно вернуться к младшим битам. Опять же для младших битов нам нужно повторить ту же логику, что и в первом случае. пример: (10, 12) (1010, 1100) Как вы можете видеть, что оба MSB установлены в 1, тогда мы должны вернуться к младшим битам, которые равны 010 и 100. Теперь эта проблема такая же, как в первом случае.

Есть несколько способов закодировать это. Я просто сделал xor между «small» и «high», и это удалит бит MSB, если для «small» и «high» установлен бит MSB. Если это не так, тогда он сохранит бит MSB. После этого я пытаюсь сделать все младшие биты 1, определив максимальную мощность 2 в xored выходе и вычитая из 1.

def range_xor_max(small, high):
  if small == high:
    return 0
  xor = small ^ high
  #how many power of 2 is present
  how_many_power_of_2 = math.log(xor, 2)
  #we need to make all one's below the highest set bit
  return 2**int(math.floor(how_many_power_of_2)+1) - 1

0

Ну, вы можете использовать XOR l и r, чтобы найти ответ.

Предположим, что l = 4 и r = 6.

l = 100, r = 110 (двоичные эквиваленты этих чисел)

l⊕r = 0 10

Это означает, что максимальное значение, которое вы ищете, будет иметь первый бит (MSB) в качестве нуля. (Подумайте об этом, возможно ли даже, чтобы у вашего максимального значения была 1 в первом бите вместо этого? Если бы это было 01010 и 00101, xor был бы = 01 111, т.е. максимальное значение между 01010 и 00101 определенно будет иметь 1 в их второй бит слева, это не возможно , чтобы получить 1 до второго бита слева , т.е. в первый бит слева)

Итак, у вас осталось 2 оставшихся бита, чтобы найти максимум. Мы знаем, что максимально возможное значение, когда у нас есть n битов, равно = 2 n -1, поэтому ответ в этом случае будет 2 2 -1 = 4-1 = 3.

Из приведенного выше примера мы можем сделать общий алгоритм для этого.

Шаг 1. num = количество битов, необходимых для представления max ( l , r )

Шаг 2. res = lr

Шаг 3. pos = Позиция первого бита, установленного слева в res (индексирование на основе 0)

Шаг 4. n = num - pos

Шаг 5. ans = 2 n − 1

Временная сложность = O (n)


-1

Для каждой двоичной цифры существует 4 варианта: 1_and_1, 1_and_0, 0_and_1 или 0_and_0. Возможные младшие цифры не имеют значения или исчезают из логарифмически малой разницы для выхода xor выбора следующей цифры. Наилучший возможный алгоритм - игнорировать все младшие цифры и рассматривать только следующие 2 доступные, учитывая более ранний выбор старших цифр. Если это 1_and_1 или 0_and_0, выбор очевиден, но если эта цифра равна 1_and_0 против 0_and_1 (которые имеют равные xor, но неравное значение), то рекурсивно она должна равняться алгоритму https://en.wikipedia.org/wiki/Edit_distance , что означает наихудший случай бревна в квадрате.


1
Я не уверен, что вы имеете в виду под "младшей цифрой", "логически исчезающим-маленьким" или "это ... означает худший случай квадрата бревна". Не могли бы вы уточнить?
Дэвид Ричерби

-1

Для 32-битных интервалов я только что натолкнулся на это O(1)решение в редакционных статьях Hacker Rank. Я понятия не имею, как это работает, но это работает. (Возможно, кто-то может объяснить, почему это работает.)

def max_xor(L,R):
  v = L^R
  v |= v >> 1
  v |= v >> 2
  v |= v >> 4
  v |= v >> 8
  v |= v >> 16
  return b

Источник: https://www.hackerrank.com/challenges/maximizing-xor/editorial


2
Чем ваш ответ (после исправления) отличается от ответа на вопрос 4 (кроме того, что он объяснил, что происходит)? Что «return b» делает с необъявленным «b»? И извините, но я не могу получить доступ к предоставленной вами ссылке.
Зло
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.