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#845. 【APIO2023】Alice, Bob and Circuit

附件下载 统计

Cyberland 电路学会总共有 $n$ 名成员,每一名成员都有一个自己喜欢的数字,和一个与其他人都互不相同的名字。(不保证每个人喜欢的数字互不相同)

这些成员之间总共互相寄出了 $m$ 封信件,每一封信件都包含了一个发送者和一个接收者。信件的内容恰好为发送者最喜欢的数字。

在所有信件都寄出后,每一名成员会根据他们收到的信件内容(发送者喜欢的数字),求出这些数字的和对 $65536$($2^{16}$)取模后的值,作为他们的最终存储的数字。

你的任务是确定每个人最终存储的数字。

然而,情况并不像看起来那么简单。Alice, Bob 和 Circuit 打算以一种稍微复杂的方式来解决这个问题。具体的:

  • Alice 知晓所有的 $n$ 名成员的信息(成员姓名,与其最喜欢的数字),但是 Alice 不知道关于 $m$ 封信的任何信息。她需要向 Circuit 发送一个长度不超过 $10^5$ 的二进制字符串。

  • Bob 知晓所有的 $m$ 封信件信息(信件发送者与接收者的名字),但是 Bob 不知道关于 $n$ 名成员的信息。他需要向 Circuit 发送一个长度不超过 $10^5$ 的二进制字符串。

  • Circuit 是一个电路,其可以接受来自于 Alice 和 Bob 发送的二进制字符串,然后生成一个包含了 $16n$ 位二进制字符串作为其输出。但是由于其计算能力是有限的,Circuit 只能够进行基础的逻辑运算(例如:AND, OR, NOT)。

下面我们将详细介绍电路的工作原理。

电路工作细节

门是组成电路的基本元件。一个门包含零个或者两个布尔信号作为输入,一个布尔信号作为输出。电路中总共有两种类型的门:输入门与计算门。

  • 输入门没有输入布尔信号,用于表示 Alice 和 Bob 输入的二进制字符串中的某一位。
    • 总共有 $l_A +l_B$ 个输入门,依次编号为 $0$ 至 $l_A +l_B - 1$。其中 $l_A,l_B$ 分别代表 Alice 和 Bob 给出的二进制字符串的长度。
    • 对于任意 $0\leq i < l_A$,第 $i$ 个门的输出是 Alice 给出的二进制字符串的第 $i$ 位;
    • 对于任意 $0\leq i < l_B$ ,第 $i + l_A$ 个门的输出是 Bob 给出的二进制字符串的第 $i$ 位;
  • 计算门有两个输入,用于计算过程。
    • 计算门的编号从 $l_A + l_B$ 开始。
    • 对于每一个计算门,你需要提供两个相关的门编号,代表该计算门的布尔信号输入;以及数字 $p$($0\leq p\leq 15$),代表该计算门的类型。
      • 为了避免循环依赖的问题,作为输入的两个的编号必须小于该计算门的编号。
      • 假定两个相关门的输出分别为 $x_0, x_1$,则该计算门的输出为:

$$ f(p,x_0,x_1)=\left \lfloor \frac{p}{2^{x_0+2x_1}} \right \rfloor \bmod 2 $$

以下是一些可能对你有用的示例:

$x_0$ $x_1$ $x_0$ AND $x_1$($f(8,x_0,x_1)$) $x_0$ OR $x_1$($f(14,x_0,x_1)$) $x_0$ XOR $x_1$($f(6,x_0,x_1)$) NOT $x_0$($f(5,x_0,x_1)$)
$0$ $0$ $0$ $0$ $0$ $1$
$1$ $0$ $0$ $1$ $1$ $0$
$0$ $1$ $0$ $1$ $1$ $1$
$1$ $1$ $1$ $1$ $0$ $0$

实现细节

请注意:

  • 所有数组下标都从 $0$ 开始。例如,如果 a 是一个长度为 n 的数组,那么 a[0]a[n-1] 都是该数组有效数据,访问超出该范围的索引可能会导致越界错误。
  • 所有字符串都以空字符 \0 结尾。

你应该实现以下过程:

Alice

int alice(const int n, const char names[][5],
          const unsigned short numbers[], bool outputs_alice[]);
类型 长度 含义 限制
输入 n $1$ $n$ $0\leq n\leq 700$
输入 names $n$ 每一名成员的名字。 所有的成员的名字互不相同。名字仅包含小写英文字母,且长度不超过 $4$。
输入 numbers $n$ 每名成员喜欢的数字。 喜欢的数字为 $0$ 到 $65535$ 的整数。
输出 outputs_alice $l_A$ 发送给 Circuit 的二进制字符串。
输出 (返回值) $1$ $l_A$ 你需要确保 $l_A$ 不超过 $10^5$。并且当 $n$ 相同时,$l_A$ 必须相同。

Bob

int bob(const int m, const char senders[][5], 
        const char recipients[][5], bool outputs_bob[]);
类型 长度 含义 限制
输入 m $1$ $m$ $0\leq m\leq 1000$
输入 senders $m$ 信件发送者的名字。 所有名字必定出现在 Alice 的输入中。
输入 recipients $m$ 信件接收者的名字。 所有名字必定出现在 Alice 的输入中。
输出 outputs_bob $l_B$ 发送给 Circuit 的二进制字符串。
输出 (返回值) $1$ $l_B$ 你需要确保 $l_B$ 不超过 $10^5$。并且当 $m$ 相同时,$l_B$ 必须相同。

Circuit

为了保证 Circuit 的计算过程和一般的电路一样,你无法直接获取 Alice 和 Bob 发送给 Circuit 的二进制串。你只需要知道这两个字符串的长度,并根据字符串长度输出电路结构。

类型 长度 含义 限制
输入 la $1$ $l_A$
输入 lb $1$ $l_B$
输出 operations $l$ 电路中每个们执行的操作类型。 每个元素为 $0$ 至 $15$ 的整数。
输出 operands $l$ 生成该计算门的布尔信号输入的计算门编号。 输入计算门编号必然小于当前计算门编号。
输出 outputs_circuit $n$ 电路输出门的编号。 outputs_circuit[i][j] 表示第 $i$ 名成员最终存储的数字的第 $j$ 位(从最低位开始计算)。成员按照 Alice 输入的顺序编号。
输出 (返回值) $1$ $l$,用于表示电路中使用的门的数量(包括输入门)。 你需要保证 $l\leq 2\times 10^7$。

虽然你可以在 operationsoperands 数组中修改编号小于 $l_A+l_B$ 的门的信息,但交互库会忽略这种修改。

例子

考虑如下样例调用序列:

alice(3, {"alic", "bob", "circ"}, {10000, 20000, 30000}, outputs_alice); 
bob(5, {"alic", "bob", "bob", "circ", "circ"}, 
    {"circ", "circ", "alic", "circ", "circ"}, outputs_bob);

该样例代表了以下场景:

  • Alice 知道有 $3$ 个成员,名为 alic 的成员最喜欢的数字是 $10000$,等等。alice() 的可能输出 是:

    • alice() 的返回值为 $2$,表示 $l_A=2$。
    • alice() 函数中,设置 outputs_alice[0] = 1outputs_alice[1] = 0,表示 Alice 返回的二进制字符串为 $10$。
  • Bob 知道有 $5$ 封信,第一封信是从 alic 送出,circ 接受等。bob() 的可能输出是:

    • bob() 的返回值为 $3$,表示 $l_B=3$。
    • bob() 函数中,设置 outputs_bob[0] = 1outputs_bob[1] = 1outputs_bob[2] = 0,表示 Bob 返回的二进制字符串为 $110$。

根据 alice()bob() 先前输出的信息,交互库将有如下调用:

circuit(2, 3, operations, operands, outputs_circuit);

circuit() 的一种正确输出是:

  • circuit() 的返回值为 $7$,这意味着我们添加了两个计算门,标记为 $5$ 和 $6$。

  • circuit() 中,按以下方式设置 operationsoperandsoutputs_circuit 数组:

    • operations = {-1, -1, -1, -1, -1, 8, 14}。 这里我们使用 -1 表示被忽略的来自输入门的信息;
    • 操作数 = {{-1, -1}, {-1, -1}, {-1, -1}, {-1, -1}, {-1, -1}, {0, 4}, {2,5}}
    • outputs_circuit = {{5, 5, 5, 5, 5, 6, 5, 5, 5, 6, 6, 6, 5, 5, 6, 5}, ...}。数组长度较长,完整数组可以查看附件中的 abc.cpp

根据 circuit() 输出,Circuit 的计算过程如下:

  • 添加类型为 $8$ 的计算门,编号为 $5$,其输入来自输入门 $0$ 和输入门 $4$。门 $0$ 的输出是来自 Alice 的字符串的第 $0$ 位,即 $1$;门 $4$ 的输出是来自 Bob 的字符串的第 $2$ 位,即 $0$。所以计算门 $5$ 的输出是 $f(8,0,1)=0 \operatorname{AND} 1=0$;
  • 添加类型为 $14$ 的计算门,编号为 $6$,输入来自输入门 $2$ 和计算门 $5$。门 $2$ 的输出是来自 Bob 的字符串的第 $0$ 位,即 $1$;门 $5$ 的输出是 $0$。所以计算门 $6$ 的输出是 $f(14,1,0)= 1 \operatorname{OR} 0=1$;
  • output_circuit[0] 表示 alic 的最终存储的数字,即 $(0100111000100000)_2 = 20000$。由于 alic 只收到了来自 bob 的一封信,所以 alic 的最终结果是 $20000$;
  • bob 的最终存储的数字应该是 $0$,因为他没有收到信件;circ的最终存储的数字应该是 $(10000 + 20000 + 30000 + 30000) \bmod 65536 = 24464$。

附件中的 abc.cpp 可以通过这个样例,但我们不保证它可以通过其他测试用例。

约束条件

对于所有测试用例:

  • $0\leq n\leq 700,0\leq m\leq 1000$。

  • 所有成员的名称互不相同,最大长度为 $4$ 个字符,且仅由小写英文字母组成。

  • 每个成员最喜欢的数字为 $0$ 到 $65535$ 之间的整数。

  • 所有发件人和收件人的姓名都出现在 Alice 的输入数组 names 中。

  • alice()bob() 的内存限制均为 $2048$ MiB,时间限制均为 $0.02$ 秒。

  • circuit() 的内存限制为 $2048$ MiB,时间限制为 $7$ 秒。

在最终测试中,alice()bob() 可能会在单个测试用例中被多次调用。每次调用的时间限制为 $0.02$ 秒。

子任务

子任务类型 A(12 分)

子任务 1,2,3 属于类型 A。类型 A 保证:

  • $n=1$

每个子任务有着如下的附加限制。

  • 子任务 1(4 分):$m=0$。

  • 子任务 2(4 分):$0\leq m\leq 1$。

  • 子任务 3(4 分):$0\leq m\leq 1000$。

子任务类型 B(54 分)

子任务 4,5,6 属于类型 B。类型 B 保证:

  • $0\leq n\leq 30,\frac{n}{2}\leq m\leq n^2$

  • 不存在两封信,他们拥有相同的发送者与接收者。

  • 所有成员的名字都出现在了 Bob 的输入中(也就是,每名成员要么至少发送了一 封信,要么至少接受了一封信)。

每个子任务有着如下的附加限制。

  • 子任务 4(24 分):$n = 26$,所有成员都名字均为单个英文字符。且在 Alice 的输入中,成员名字的循序为 az

  • 子任务 5(24 分):$n = 26$。

  • 子任务 6(6 分):没有额外限制。

子任务类型 C(34 分)

子任务 7,8,9 属于类型 C。类型 C 保证:

  • $0\leq n\leq 700,0\leq m\leq 1000$。

每个子任务有着如下的附加限制。

  • 子任务 7(18 分):$n=676$,所有成员都名字均为恰好两个个英文字符。且在 Alice 的输入中,成员名字的循序按照字典序从小到大排列(换而言之,按照 aa, ab, ac, ..., az, ba, ..., bz, ca, ..., zz 的顺序排列)。

  • 子任务 8(10 分):$n = 676$。

  • 子任务 9(6 分):没有额外限制。

样例

评测程序示例

评测程序示例按以下格式读取输入:

  • 第 $1$ 行: $n\quad m$

  • 第 $2+i$ 行($0\leq i\leq n-1$):$names_i\quad numbers_i$

  • 第 $2+n+i$ 行($0\leq i\leq m-1$):$senders_i\quad recipients_i$.

评测程序示例按照如下格式打印你的答案:

  • 如果程序成功结束,样例交互器将输出 $n$ 行,每行包含一个整数,代表你的电路计算的每个成员最终存储的数字。

  • 否则,样例交互器不会向标准输出输出任何内容,并将错误消息打印到目录中的文件 abc.log

  • 此外,样例交互器会将 $l_A, l_B, l$ 的值和每个函数的运行时间输出到 abc.log

评测程序示例不会检查内存限制,也不会检查在 $n$ / $m$ 相同时,$l_A$ / $l_B$ 必须相同的限制。