布尔括号化问题(带权值版本)
题目描述:
给定一个布尔表达式,由符号 'T'(true)、'F'(false)和运算符 '&'(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"。现在,你可以在任意位置添加括号来改变运算顺序,但不能改变符号和运算符的原始顺序。
问题要求:计算通过不同的括号化方式,使得整个表达式最终结果为 True 的方法数。
解题过程:
步骤1:理解问题结构
- 表达式由操作数和运算符交替组成
- 我们需要考虑所有可能的括号化方式
- 这是一个区间划分问题,适合用区间DP解决
步骤2:定义DP状态
我们定义两个DP数组:
- dpT[i][j]:表示子表达式从第i个符号到第j个符号,计算结果为True的方法数
- dpF[i][j]:表示子表达式从第i个符号到第j个符号,计算结果为False的方法数
步骤3:确定状态转移
对于区间[i,j],我们考虑在哪个运算符位置进行划分:
-
如果区间长度为1(即单个操作数):
- 如果是'T':dpT[i][i] = 1, dpF[i][i] = 0
- 如果是'F':dpT[i][i] = 0, dpF[i][i] = 1
-
如果区间长度大于1:
我们在每个运算符位置k(i < k < j)进行划分,将表达式分为左右两部分
根据运算符的类型,计算组合结果:对于运算符 '&'(与):
- True = 左True & 右True
- dpT[i][j] += dpT[i][k-1] * dpT[k+1][j]
- dpF[i][j] += (dpT[i][k-1] * dpF[k+1][j]) + (dpF[i][k-1] * dpT[k+1][j]) + (dpF[i][k-1] * dpF[k+1][j])
对于运算符 '|'(或):
- True = 左True | 右True
- dpT[i][j] += (dpT[i][k-1] * dpT[k+1][j]) + (dpT[i][k-1] * dpF[k+1][j]) + (dpF[i][k-1] * dpT[k+1][j])
- dpF[i][j] += dpF[i][k-1] * dpF[k+1][j]
对于运算符 '^'(异或):
- True = 左True ^ 右False 或 左False ^ 右True
- dpT[i][j] += (dpT[i][k-1] * dpF[k+1][j]) + (dpF[i][k-1] * dpT[k+1][j])
- dpF[i][j] += (dpT[i][k-1] * dpT[k+1][j]) + (dpF[i][k-1] * dpF[k+1][j])
步骤4:实现细节
- 按区间长度从小到大计算
- 外层循环:区间长度len从1到n(步长为2,因为符号和运算符交替)
- 内层循环:区间起始位置i
- 最内层循环:划分位置k(运算符位置)
步骤5:示例演示
以表达式 "T|F&T" 为例:
符号序列:T(0) |(1) F(2) &(3) T(4)
计算过程:
-
初始化长度为1的区间:
dpT[0][0]=1, dpF[0][0]=0
dpT[2][2]=0, dpF[2][2]=1
dpT[4][4]=1, dpF[4][4]=0 -
长度为3的区间[0,2](T|F):
在位置1划分(运算符|):
dpT[0][2] += dpT[0][0]dpT[2][2] + dpT[0][0]dpF[2][2] + dpF[0][0]dpT[2][2]
= 10 + 11 + 00 = 1
dpF[0][2] += dpF[0][0]dpF[2][2] = 01 = 0 -
区间[2,4](F&T)同理计算...
-
最终计算整个区间[0,4]...
最终结果存储在dpT[0][n-1]中,表示整个表达式结果为True的方法数。
这个算法的时间复杂度是O(n³),空间复杂度是O(n²),能高效解决中等规模的布尔表达式括号化问题。