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  • hdoj2604 Queuing(矩阵快速幂)

    此题如果直接利用递推关系,处理不好会超内存的。

    首先找出递推关系式,先给出递推关系式:( L )=( L - 1 ) + ( L - 3 ) + ( L - 4 );可以先尝试推导一下,推不出来再看下面的解释。

    PS.以前做过一个类似的递推关系的题。

    考虑当L=n时的情况,有两种情况:

    ①.如果最后一个字符为m :此时,只要前面长度为n-1的串符合要求,则当前长度为n的串必然符合要求。

    ②.如果最后一个字符为f:此时,无法确定,因为可能存在不符合要求的串,继续分情况讨论

              (1).最后倒数二个字符为f,仍然可能存在不符合要求的串,继续分情况讨论

                      1.倒数第三个字符为f,因为存在fff,所以该种情况必然不符合要求,舍去

                      2.倒数第三个字符为m,仍然有可能不符合要求,再分

                           a.最后第四个字符为f,存在fmf,所以该种情况必然不符合要求,舍去

                           b.最后第四个字符为m,只要前面长度为n-4的串符合要求,则当前长度为n的串必然也符合要求

               (2).最后第二个字符为m,存在可能不符合要求的情况,分

                      1.最后第三个字符为f,存在fmf,此时必然不符合要求舍去

                      2.最后第三个字符为m,只要前面长度为n-3的串的情况符合要求,则当前长度为n的串必然符合要求。

    所以讲符合要求的情况相加就得到:( L )=( L - 1 ) + ( L - 3 ) + ( L - 4 ); 

    前面已经讲过如果只是用普通递归方法会超内存,所以这里要考虑优化。

    怎么优化?先看下面的矩阵相乘的结果:

    x矩阵是多少会得到后面的矩阵?我们只需考虑后面矩阵的第一行,因为其他元素为0.

    第1行第1列的元素我们需要得到f ( n ),因为f(n)=f(n-1)+f(n-3)+f(n-4); 所以我们必须保留f(n-1),f(n-3),f(n-4) 所以与之相乘的数必须为1.

    所以第1列元素可以确定,为1 0 1 1,注意,是第一列而不是第一行。

    根据第一行第二列元素,我们可以确定x矩阵第二列元素:1 0 0 0.

    根据第一行第三列元素,我们可以确定x矩阵第三列元素:0 1 0 0.

    根据第一行第四列元素,我们可以确定x矩阵第四列元素:0 0 1 0.

    所以x矩阵已经确定,所以我们可以得到下面的矩阵乘式:

    所以,反复乘以x矩阵就可以得到想要的f(n);

    所以可以先求出x矩阵的L-4(不是L)次方,到这就转化为了矩阵快速幂问题。然后在用  f(4)   f(3)  f(2)   f(1)   乘以求次方后的矩阵的第一列元素  ,相加就得到f(n)=res[0][0]*f[4]+res[1][0]*f[3]+res[2][0]*f[2]+res[3[0]*f[1]。


    #include<iostream>
    #include<cstring>
    #include<string>
    #define maxn 5
    using namespace std;
    struct mat{
        int a[maxn][maxn];
    };
    mat mat_mul(mat x,mat y,int Mod){
        mat ans;
        memset(ans.a,0,sizeof(ans.a));
        for (int i=0;i<4;i++)
            for (int j=0;j<4;j++)
            for (int k=0;k<4;k++){
                ans.a[i][j]+=x.a[i][k]*y.a[k][j];
                ans.a[i][j]%=Mod;
            }
        return ans;
    }
    void mat_pow(mat &res,int k,int Mod){   //res的k次方 
        mat c=res;
        k--;
        while (k){
            if (k&1) res=mat_mul(res,c,Mod);
            k>>=1;
            c=mat_mul(c,c,Mod);
        }
    }
    int main(){
        int l,m;
        while (cin >> l >> m){
            int f[10]={0};
            f[1]=2;f[2]=4;f[3]=6;f[4]=9;
            mat res;
            memset(res.a,0,sizeof(res.a));
            res.a[0][0]=res.a[0][1]=res.a[1][2]=res.a[2][0]=res.a[2][3]=res.a[3][0]=1;
            if (l<=4){
                cout << f[l]%m << endl;
                continue;
            }
            else mat_pow(res,l-4,m);
            int ans=0;
            for (int i=0;i<4;i++){
                ans+=res.a[i][0]*f[4-i]%m;
            }
            cout << ans%m << endl;
        }
    }
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