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所谓线性基,就是线性代数里面的概念。一组线性无关的向量便可以作为一组基底,张起一个线性的向量空间,这个基底又称之为线性基。这个线性基的基底进行线性运算,可以表示向量空间内的所有向量,也即所有向量可以拆成基底的线性组合。
在ACM领域,线性基主要用来处理有关异或和的极值问题。根据异或按照二进制数位进行的方式,我们可以把一个数字拆成它的二进制表示形式,而这个二进制形式拆成一位一位的,可以用向量来表示。显然,一组线性无关的向量可以张起一个向量空间,我们同样可以考虑构造这样一组数字的二进制形式组成的线性基。在这个线性基里面,我可以通过基底的线性组合、异或运算,表示所有的异或结果。
要构造这样的线性基,首先要满足一个性质:任取向量组中两个向量a、b,把其中一个替换成a xor b,这组向量线性组合得到的线性空间相同。这个性质对于xor来说是显然的,因为xor偶数具有抵消性。有了这个性质,就可以利用它对加入的向量进行修改。基本思路是:对于一个新加入的数字,从最高位开始往后扫,如果某一位该向量是1,但是之前的向量组中没有一个这一位是1,那么这一位就放如这个数字并且break;如果之前已经有该位为1的,那么该数字异或该位之前对应的数字。最后的结果是,新加入的数字x,要么被添加到某一个二进制位,要么变成0,说明这个数字对应的二进制向量不属于极大线性无关组。
线性基构造完毕,我们就要求其极值。很多时候我们需要求一堆数字最大的异或和,这个时候就要用到线性基。线性基构造完毕之后,根据它的定义,任何线性基所张的向量空间的所有向量都能够表示为其线性组合。所以我们只需要找,这个线性基中最大的向量即可。做法就是,从高位开始取线性基的每一个基底,如果异或能够使得结果变大,那么就异或。同时,这个还支持有初始值的最大值,因为线性基可以表示所有的向量,所以即使有一个初始值也是能够一起计算最大值的。