每日一题力扣 3653. 区间乘法查询后的异或 I 模拟数学位运算 C++ 题解

文章目录

题目描述
思路简述
代码实现
复杂度分析
踩坑记录

题目描述

示例 1：

输入： nums = [1,1,1], queries = [[0,2,1,4]]

输出： 4

解释：

唯一的查询 [0, 2, 1, 4] 将下标 0 到下标 2 的每个元素乘以 4。

数组从 [1, 1, 1] 变为 [4, 4, 4]。

所有元素的异或为 4 ^ 4 ^ 4 = 4。
示例 2：

输入： nums = [2,3,1,5,4], queries = [[1,4,2,3],[0,2,1,2]]

输出： 31

解释：

第一个查询 [1, 4, 2, 3] 将下标 1 和 3 的元素乘以 3，数组变为 [2, 9, 1, 15, 4]。

第二个查询 [0, 2, 1, 2] 将下标 0、1 和 2 的元素乘以 2，数组变为 [4, 18, 2, 15, 4]。

所有元素的异或为 4 ^ 18 ^ 2 ^ 15 ^ 4 = 31。
提示：

1 <= n == nums.length <= 10³

1 <= nums[i] <= 10⁹

1 <= q == queries.length <= 10³

queries[i] = [li, ri, ki, vi]

0 <= li <= ri < n

1 <= ki <= n

1 <= vi <= 10⁵

思路简述

拿到这道题，我们不妨先从数据范围入手------可以看到数组长度 n 和查询数量 q 都在 10³ 以内，这个规模其实非常"友好"，意味着我们不需要绞尽脑汁想复杂的优化算法，直接按照题目描述一步步模拟的暴力解法，是完全可以通过所有测试用例的。

不过这里也可以提前跟大家提一句，明天的每日一题"区间乘法查询后的异或 II"会把数据范围大幅扩大，到时候这种暴力模拟的思路就会因为时间复杂度过高而超时，没法 AC 了。但今天我们先专注于把这道基础题吃透，就用最直观的模拟和暴力解法来搞定它，至于优化的算法嘛，明天的难题明天再想，当然感兴趣的朋友也可以提前琢磨琢磨怎么优化~

具体来说，我们的整体思路就是严格复刻题目给出的操作步骤 。首先遍历每一个查询，对于 queries 中的每一组参数：

也就是 queries[i] 里的 li（起始下标）、ri（结束下标）、ki（步长）和 vi（乘数）

我们先把起始下标 idx 初始化为 li。

接下来进入循环，只要 idx 还小于等于 ri，就依次执行两个操作：

一是按照题目给的公式更新 nums[idx]，即把 nums[idx] 乘以 vi 之后对 10⁹ + 7 取模
二是把 idx 加上 ki，移动到下一个需要更新的位置，直到 idx 超出 ri 的范围，这个查询就算处理完了。

这里有两个特别容易踩坑的细节，一定要注意。

第一个是数据溢出问题 ：题目里 nums[i] 最大能到 10⁹，vi 最大能到 10⁵，这两个数相乘的结果能到 10¹⁴，但 C++ 里的 int 类型通常是 32 位的，最大只能存到约 2e9，直接相乘肯定会溢出，导致结果变成负数或者乱码。所以我们需要在计算时加上 1LL，或者用 long long 类型来处理中间结果，把运算"升级"成 64 位，这样就能稳稳装下乘积，避免溢出了。

第二个是最后计算异或结果时，要记得把异或的初始值设为 0 ------因为根据异或的规则，x ^ 0 = x（任何数和 0 异或都等于它本身），从 0 开始依次异或数组里的每个元素，最后得到的就是所有元素的异或总和啦。

代码实现

cpp 复制代码

class Solution {
public:
    const int MOD = 1e9 + 7; // 定义模数，防止数值过大
    int xorAfterQueries(vector<int>& nums, vector<vector<int>>& queries) 
    {
        // 遍历每个查询
        for(int i = 0; i < queries.size(); i++)
        {
            int idx = queries[i][0]; // 当前查询的起始下标 li
            int ri = queries[i][1];  // 当前查询的结束下标 ri

            // 按照步长 ki 遍历区间 [li, ri]
            while(idx <= ri)
            {
                int ki = queries[i][2]; // 当前查询的步长 ki
                int vi = queries[i][3]; // 当前查询的乘数 vi

                // 核心更新逻辑：nums[idx] = (nums[idx] * vi) % MOD
                // 1LL 的作用：将运算提升为 64 位，防止中间结果溢出
                nums[idx] = (1LL * nums[idx] % MOD * vi % MOD) % MOD;
                idx += ki; // 按照步长移动下标
            }
        }

        // 计算最终数组所有元素的异或结果
        int ret = 0; // 异或初始值为 0（因为 x ^ 0 = x）
        for(auto e : nums)
            ret ^= e;
        return ret;
    }
};

复杂度分析

时间复杂度 ：O(q * n)，其中 q 是查询数量，n 是数组长度。最坏情况下，每个查询的步长 ki = 1，需要遍历整个区间，因此总时间复杂度与查询数量和数组长度的乘积成正比。
空间复杂度：O(1)，我们直接在原数组上进行修改，不需要额外的辅助空间（不计算输入和输出的空间）。

踩坑记录

整数溢出问题：为什么需要 1LL？
在 C++ 中，int 通常是 32 位的，最大值约为 2e9。而题目中 nums[i] 可达 1e9，vi 可达 1e5，两者相乘的结果可达 1e14，远超过 int 的范围，直接计算会导致溢出（结果变成负数或乱码）。

错误写法：

cpp 复制代码

nums[idx] = nums[idx] * vi % MOD; 
// 两个 int 相乘，结果仍是 int，先溢出再取模，结果错误

正确写法 1（推荐）：

cpp 复制代码

nums[idx] = (1LL * nums[idx] % MOD * vi % MOD) % MOD;
// 1LL 是 long long 类型，会将整个运算提升为 64 位，避免溢出

正确写法 2：

cpp 复制代码

nums[idx] = ((long long)nums[idx] * vi) % MOD;
// 先将 nums[idx] 强转为 long long，再相乘，同样能避免溢出

注意：下面这种写法是无效的！

cpp 复制代码

nums[idx] = (long long)(nums[idx] * vi) % MOD;
// 等价于：
// 第一步：算 int × int → 溢出
// 第二步：溢出后再强转 long long → 已经晚了！

所以不行了，然而我们nums[idx] = (long long)nums[idx] * vi % MOD;也是也可的

异或运算有一个重要性质：x ^ 0 = x （任何数与 0 异或，结果都是它本身）。因此，我们将结果变量 ret 初始化为 0，再依次与数组中的每个元素异或，最终得到的就是所有元素的异或总和。

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