我們用1代表操作，用0代表未操作，即 的取值為0或1。對(duì)四盞燈的亮/滅狀態(tài)分別記為 L1、L2 、L3 、L4 ，如下圖所示：

       我們用1代表亮著的燈，用0代表熄滅的燈，根據(jù)局面的初始狀態(tài)，很顯然有

接下來(lái)觀察局面，

能影響L1燈的亮/滅狀態(tài)的操作只有 x1、x2 、x3 ；

能影響L2燈的亮/滅狀態(tài)的操作只有 x1、x2 、x4 ；

能影響L3燈的亮/滅狀態(tài)的操作只有 x1、x3 、x4 ；

能影響L4燈的亮/滅狀態(tài)的操作只有 x2、x3 、x4 ；

定理1：對(duì)同一盞燈開/關(guān)操作偶數(shù)次，等于操作0次；對(duì)同一盞燈操作奇數(shù)次，等于操作1次。

所以我們將 x1、x2、x3、x4 及其系取值限定在0或者1兩個(gè)數(shù)值，以后不再說(shuō)明(不怕蛋疼的話，可以對(duì)操作次數(shù)不限定，這樣一來(lái)將有無(wú)窮多個(gè)解，這些解都是在基礎(chǔ)解上對(duì)每盞燈再重復(fù)操作偶數(shù)次，本質(zhì)上相同)。

        假如一開始所有燈都熄滅，并且假設(shè)將 x1、x2、x3、x4 全體操作一遍后，燈陣的亮/滅狀態(tài)為當(dāng)前狀態(tài)。根據(jù)定理1，那么將 x1、x2、x3、x4 全體再操作一遍，燈陣就又回到全熄滅狀態(tài)。x1、x2、x3、x4 就是我們想要的答案，于是列方程組：

       游戲問題轉(zhuǎn)換成了求解方程組問題。上面方程組不難求解，用初中的知識(shí)足夠了。有一點(diǎn)要注意，方程組是在二元域{0,1}內(nèi)求解，也就是運(yùn)算過程中，所有數(shù)值的取值范圍都只能是0或者1。二元域運(yùn)算規(guī)則和常規(guī)運(yùn)算規(guī)則有所不同，具體如下(不要問我二元域運(yùn)算規(guī)則為什么是這樣的，要問就問什么是燈？或者燈為什么會(huì)亮？之類的問題)：

加法：0+0=0,0+1=1,1+0=1,1+1=0

減法：0-0=0,0-1=1,1-0=1,1-1=0

乘法：0×0=0，0×1=0，1×0=0，1×1=1

除法：0/0=無(wú)意義，0/1=0，1/0=無(wú)意義，1/1=1

        注：有限域上的運(yùn)算符號(hào)并不是上面那個(gè)樣子，而是一些圈、叉之類的奇怪符號(hào)。這里一方面不方便打出這些符號(hào)，另一方面也為了讓讀者便于理解，所以仍舊采用“＋、－、×、／”形式。我們看到，加減法都等價(jià)于二進(jìn)制位運(yùn)算中的“亦或”運(yùn)算；乘法等價(jià)于二進(jìn)制位運(yùn)算中的“與”運(yùn)算；除法在這里用不到，直接無(wú)視。

方程組求解結(jié)果為：

        這是方程組唯一的解，所以這個(gè)游戲局面解法是唯一的，標(biāo)記在游戲局面見下圖：

        到這里，線代原理就介紹完畢了。怎么樣，線代解法原理很簡(jiǎn)單吧，無(wú)非就是求解線性方程組問題。而計(jì)算機(jī)求解線性方程組，我們?cè)谠鰪V矩陣中用高斯消元法，時(shí)間復(fù)雜度為O(m×n)^3，判斷游戲有沒有解，可以用矩陣的秩來(lái)判斷方程組有沒有解，有多少個(gè)解。

用線性代數(shù)搜索所有解法的C/C++代碼如下：

#include<iostream>using namespace std;int Row,Column,MAXN;void init(int **matrix)                                            //初始化系數(shù)矩陣{	int i,j,k;	for(i=0; i<Row; i++)		for(j=0; j<Column; j++)		{			k=i*Column+j;			matrix[k][k]=1;			if(i>0)matrix[(i-1)*Column+j][k]=1;			if(i<Row-1)matrix[(i+1)*Column+j][k]=1;			if(j>0)matrix[i*Column+j-1][k]=1;			if(j<Column-1)matrix[i*Column+j+1][k]=1;		}}void  Gauss(int **matrix,int *solution)                            //高斯消元{	int i,j,k,x,y=0,rand_coefficient,rand_matrix,rank1,rank2,inc=0;	for(k=0; k<MAXN&&y<MAXN; k++,y++)                          //增廣矩陣轉(zhuǎn)換為階梯矩陣	{		x=k;		for(i=k+1; i<MAXN; i++)			if(matrix[i][y]>matrix[x][y])x=i;		if(x-k)                                            //交換矩陣行數(shù)據(jù)			for(j=y; j<MAXN+1; j++)			{				matrix[k][j]=matrix[k][j]^matrix[x][j];				matrix[x][j]=matrix[k][j]^matrix[x][j];				matrix[k][j]=matrix[k][j]^matrix[x][j];			}		if(matrix[k][y]==0)		{			k--;			continue;		}		for(i=k+1; i<MAXN; i++)                             //消元			if(matrix[i][y])				for(j=y; j<MAXN+1; j++)matrix[i][j]^=matrix[k][j];	}	for(rand_coefficient=rand_matrix=i=0; i<MAXN; i++)          //計(jì)算系數(shù)矩陣的秩和增廣矩陣的秩	{		for(rank1=rank2=j=0; j<=MAXN; j++)		{			if(j<MAXN)rank1|=matrix[i][j];			rank2|=matrix[i][j];		}		rand_coefficient+=rank1;		rand_matrix+=rank2;	}	if(rand_coefficient<rand_matrix)                            //系數(shù)矩陣秩小于增廣矩陣秩，局面無(wú)解		cout<<"此局面無(wú)解!/n/n";	else                                                        //枚舉并回代求解	{		for(k=1<<(MAXN-rand_coefficient); k>0; k--)		{			for(i=MAXN-1; i>rand_coefficient; i--)			{				matrix[i-1][MAXN]+=matrix[i][MAXN]>>1;				matrix[i][MAXN]&=1;			}			for(i=0; i<MAXN; i++)solution[i]=matrix[i][MAXN];			for(i=MAXN-1; i>=0; i--)                    //回代				for(j=i-1; j>=0; j--)					if(matrix[j][i])solution[j]^=solution[i];			for(i=0; i<MAXN; i++)                       //輸出答案				(i%Column)?cout<<solution[i]<<" ":cout<<endl<<solution[i]<<" ";			inc++;                                      //解數(shù)量計(jì)數(shù)器			PRintf("/n");			matrix[MAXN-1][MAXN]++;		}		cout<<"/n共計(jì)"<<inc<<"個(gè)解/n";	}}int main(void){	int i,j;	char C;	cout<<"/n                    關(guān)燈游戲(Lights out)解題程序(線代解法)/n";	cout<<"請(qǐng)輸入行數(shù)：";	cin>>Row;	cout<<"請(qǐng)輸入列數(shù)：";	cin>>Column;	MAXN=Column*Row;	int **matrix=new int*[MAXN+4];                            //增廣矩陣，二維數(shù)組	for(i=0; i<MAXN+4; i++)matrix[i]=new int [MAXN+4];	int *solution=new int[MAXN+2];                            //解數(shù)組	for(i=0; i<MAXN+4; i++)		for(j=0; j<MAXN+4; j++)matrix[i][j]=0;	init(matrix);                                             //初始化系數(shù)矩陣	cout<<"請(qǐng)選擇，是否輸入指定初始局面?(Y/N)：",cin>>C;	if((C=='Y')||(C=='y'))	{		cout<<"請(qǐng)輸入初始局面(1代表亮燈，0代表滅燈，燈與燈之間用空格隔開，換行用回車)：/n";		for(i=0; i<MAXN; i++)cin>>matrix[i][MAXN];	}	else for(i=0; i<MAXN; i++)matrix[i][MAXN]=1;              //默認(rèn)初始化局面為燈全亮  	Gauss(matrix,solution);	for(int i=0; i<MAXN+4; i++)delete []matrix[i];	delete []matrix;	delete []solution;	cout<<"/n/n求解完畢，請(qǐng)按任意鍵退出程序。";	cin.ignore(),cin.ignore();                                //暫停顯示	return 0;}    上面代碼可以搜索任意局面的全部解，允許用戶輸入任意初始局面，已經(jīng)非常方便使用了。如果還覺得使用上面代碼太麻煩，筆者將其制作成軟件，截圖如下：
軟件在這里下載：關(guān)燈游戲解題程序1.0版 https://pan.baidu.com/s/1geNMxcZ