布尔括号化问题(统计真值表达式为真的方法数)
字数 1636 2025-11-11 20:18:52

布尔括号化问题(统计真值表达式为真的方法数)

题目描述
给定一个布尔表达式,由符号 T(真)、F(假)以及运算符 &(与)、|(或)、^(异或)组成。表达式中的符号和运算符交替出现,例如 T|F&T^F。要求计算该表达式有多少种括号化方式,使得整个表达式的结果为 True。注意,括号化必须保证运算符的优先级不变,仅通过添加括号改变运算顺序。

解题过程

  1. 问题分析

    • 表达式形式为:操作数 T/F 与运算符交替出现,长度为奇数。
    • 目标:通过添加括号改变结合顺序,统计所有能得到 True 的方案数。
    • 关键:括号化本质是划分运算顺序,适合用区间动态规划枚举所有划分点。
  2. 状态定义
    定义 dp[i][j][0]dp[i][j][1]

    • dp[i][j][0] 表示子表达式 s[i:j](包含两端)通过括号化得到 False 的方案数。
    • dp[i][j][1] 表示得到 True 的方案数。
    • 区间长度必须为奇数(因操作数与运算符交替)。初始时,ij 均为偶数索引(从0开始),对应操作数的位置。
  3. 状态转移

    • 遍历区间 [i, j] 内的每个运算符位置 kk 为奇数,表示运算符),将表达式分为左右两部分:[i, k-1][k+1, j]
    • 根据运算符类型,组合左右子表达式的真值方案数:
      • 运算符 &:结果为真当且仅当左右均为真。
        真值方案 += leftTrue * rightTrue
      • 运算符 |:结果为真当左右至少一个为真。
        真值方案 += leftTrue * rightTotal + leftTotal * rightTrue - leftTrue * rightTrue
        (其中 leftTotal = leftTrue + leftFalse,右同)
      • 运算符 ^:结果为真当左右真值不同。
        真值方案 += leftTrue * rightFalse + leftFalse * rightTrue
    • 同理计算假值方案数(可根据真值方案和总方案数推导,或直接类似计算)。
  4. 初始化

    • 单字符区间:若 s[i]T,则 dp[i][i][1] = 1dp[i][i][0] = 0;若为 F,则相反。
  5. 计算顺序

    • 按区间长度从小到大遍历(步长为2,因每次增加一个运算符和一个操作数)。
  6. 结果输出

    • 最终结果为 dp[0][n-1][1],其中 n 为表达式长度。

示例说明
表达式:T|F&T

  • 长度 n=5,索引 0~4(0:T, 1:|, 2:F, 3:&, 4:T)。
  • 初始化:
    dp[0][0][1]=1, [0][0][0]=0dp[2][2][1]=0, [2][2][0]=1dp[4][4][1]=1, [4][4][0]=0
  • 区间长度3:计算 [0,2][2,4]
    • [0,2]:运算符 | 在索引1,左 [0,0]、右 [2,2]
      真值方案 = 左真×右总 + 左总×右真 - 左真×右真 = 1×1 + 1×0 - 1×0 = 1。
      假值方案 = 左总×右总 - 真值方案 = 1×1 - 1 = 0。
    • 同理计算 [2,4](运算符 &):真值=0×1=0,假值=1×1 - 0=1。
  • 区间长度5:[0,4],遍历运算符位置1和3。
    • 运算符 | 在索引1:左 [0,0],右 [2,4]
      真值 = 左真×右总 + 左总×右真 - 左真×右真 = 1×1 + 1×0 - 1×0 = 1。
    • 运算符 & 在索引3:左 [0,2],右 [4,4]
      真值 = 左真×右真 = 1×1 = 1。
      总真值方案 = 1 + 1 = 2。
      最终结果为2,即两种括号化方式:(T|F)&TT|(F&T)
布尔括号化问题(统计真值表达式为真的方法数) 题目描述 给定一个布尔表达式,由符号 T (真)、 F (假)以及运算符 & (与)、 | (或)、 ^ (异或)组成。表达式中的符号和运算符交替出现,例如 T|F&T^F 。要求计算该表达式有多少种括号化方式,使得整个表达式的结果为 True 。注意,括号化必须保证运算符的优先级不变,仅通过添加括号改变运算顺序。 解题过程 问题分析 表达式形式为:操作数 T / F 与运算符交替出现,长度为奇数。 目标:通过添加括号改变结合顺序,统计所有能得到 True 的方案数。 关键:括号化本质是划分运算顺序,适合用区间动态规划枚举所有划分点。 状态定义 定义 dp[i][j][0] 和 dp[i][j][1] : dp[i][j][0] 表示子表达式 s[i:j] (包含两端)通过括号化得到 False 的方案数。 dp[i][j][1] 表示得到 True 的方案数。 区间长度必须为奇数(因操作数与运算符交替)。初始时, i 和 j 均为偶数索引(从0开始),对应操作数的位置。 状态转移 遍历区间 [i, j] 内的每个运算符位置 k ( k 为奇数,表示运算符),将表达式分为左右两部分: [i, k-1] 和 [k+1, j] 。 根据运算符类型,组合左右子表达式的真值方案数: 运算符 & :结果为真当且仅当左右均为真。 真值方案 += leftTrue * rightTrue 运算符 | :结果为真当左右至少一个为真。 真值方案 += leftTrue * rightTotal + leftTotal * rightTrue - leftTrue * rightTrue (其中 leftTotal = leftTrue + leftFalse ,右同) 运算符 ^ :结果为真当左右真值不同。 真值方案 += leftTrue * rightFalse + leftFalse * rightTrue 同理计算假值方案数(可根据真值方案和总方案数推导,或直接类似计算)。 初始化 单字符区间:若 s[i] 是 T ,则 dp[i][i][1] = 1 , dp[i][i][0] = 0 ;若为 F ,则相反。 计算顺序 按区间长度从小到大遍历(步长为2,因每次增加一个运算符和一个操作数)。 结果输出 最终结果为 dp[0][n-1][1] ,其中 n 为表达式长度。 示例说明 表达式: T|F&T 长度 n=5,索引 0~4(0:T, 1:|, 2:F, 3:&, 4:T)。 初始化: dp[0][0][1]=1, [0][0][0]=0 ; dp[2][2][1]=0, [2][2][0]=1 ; dp[4][4][1]=1, [4][4][0]=0 。 区间长度3:计算 [0,2] 和 [2,4] 。 [0,2] :运算符 | 在索引1,左 [0,0] 、右 [2,2] 。 真值方案 = 左真×右总 + 左总×右真 - 左真×右真 = 1×1 + 1×0 - 1×0 = 1。 假值方案 = 左总×右总 - 真值方案 = 1×1 - 1 = 0。 同理计算 [2,4] (运算符 & ):真值=0×1=0,假值=1×1 - 0=1。 区间长度5: [0,4] ,遍历运算符位置1和3。 运算符 | 在索引1:左 [0,0] ,右 [2,4] 。 真值 = 左真×右总 + 左总×右真 - 左真×右真 = 1×1 + 1×0 - 1×0 = 1。 运算符 & 在索引3:左 [0,2] ,右 [4,4] 。 真值 = 左真×右真 = 1×1 = 1。 总真值方案 = 1 + 1 = 2。 最终结果为2,即两种括号化方式: (T|F)&T 和 T|(F&T) 。