题目大意
给出 \(n\) 个数字 \(a_1,a_2,\dots,a_n\),每次操作可以给其中一个数加上 \(2\) 的非负整数次幂。求最少的操作次数,使得这 \(n\) 个数相等。
思路
记 \(b_i = \max\limits_{1 \leq k \leq n}{a_k} - a_i\),这道题的目的是求一个值 \(x\) 使得
\[\sum_{i=1}^n \operatorname{popcount}(x + b_i) \]最小,其中 \(\operatorname{popcount}(x)\) 表示数 \(x\) 在二进制下 \(1\) 的个数。
考虑 DP。
考虑二进制下 \(x + b_i\) 的第 \(k\) 位,发现这一位的决策与下面这些有关:
- \(x\) 的第 \(k\) 位是否填 \(1\);
- \(b_i\) 的第 \(k\) 位是否为 \(1\);
- 第 \(k-1\) 位是否进位。
其中,\(x\) 是我们要决策的,\(b_i\) 是已知的,考虑第三种情况。
如果直接进行记录的话很明显要爆炸。但我们发现,第 \(k-1\) 位的进位情况与 \(b_i \mod 2^k\) 有关。
\(b_i \mod 2^k\) 的值越大,就更加容易进位,如果将 \(b_i\) 按照 \(b_i \mod 2^k\) 的值从大到小排序,能产生进位的数一定是 \(b_i\) 的一段前缀。
设 \(dp_{i,j}\) 表示有 \(j\) 个数进位到第 \(i\) 位的最优解(最小操作次数)。
考虑转移,对于第 \(i\) 位,我们要考虑 \(b_k\) 在二进制下第 \(i\) 位是否为 \(1\) 和在第 \(i-1\) 位进位的数的个数。
钦定第 \(i - 1\) 位有 \(j\) 个数进位,记 \(tot\) 为当前这一位为 \(1\) 的 \(b_k\) 的个数;\(cnt\) 为前 \(j\) 个数中当前这一位为 \(1\) 的数的个数。
考虑下面四种情况,表示满足前面两句条件的数有多少个:
- \(x+b_k\) 在第 \(i-1\) 位没有进位,\(b_k\) 的第 \(i\) 位为 \(1\),有 \(tot-cnt\) 个;
- \(x+b_k\) 在第 \(i-1\) 位没有进位,\(b_k\) 的第 \(i\) 位为 \(0\),有 \(n-j-(tot-cnt)\) 个;
- \(x+b_k\) 在第 \(i-1\) 位有进位,\(b_k\) 的第 \(i\) 位为 \(1\),有 \(cnt\) 个;
- \(x+b_k\) 在第 \(i-1\) 位有进位,\(b_k\) 的第 \(i\) 位为 \(0\),有 \(j-cnt\) 个。
那么考虑第 \(i\) 位的决策:
- 如果 \(x\) 取 \(0\),那么第 \(3\) 种产生进位,第 \(1,4\) 种的 \(x+b_k\) 的第 \(i\) 位为 \(1\),产生贡献;
- 如果 \(x\) 取 \(1\),那么第 \(1,3,4\) 种产生进位,第 \(2,3\) 种的 \(x+b_k\) 的第 \(i\) 位为 \(1\),产生贡献;
然后就可以进行转移。
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