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  • AT5202 [AGC038E] Gachapon

    发现题目所求即为最晚达到出现次数的整数的期望次数,考虑 ( ext{min-max}) 容斥,将其转化为最早达到出现次数的整数的期望次数:

    [large E(max(S) )=sum_{Tsubseteq S}(-1)^{|T|+1}E(min(T)) ]

    设集合 (T={ x_1,x_2,dots,x_m }),考虑如何计算该集合的贡献,因为期望的线性性,所以直接求和所有未达到出现次数的状态的期望次数即可,得:

    [largeegin{aligned} &(-1)^{|T|+1}E(min(T)) \ =&(-1)^{m+1}sum_{i geqslant 0} left( frac{s-sum a_{x_i}}{s} ight)^isum_{0 leqslant c_i < b_{x_i}} frac{(sum c_i)!}{prod(c_i!)}prodleft( frac{a_{x_i}}{sum a_{x_i}} ight)^{c_i} \ =&(-1)^{m+1}frac{s}{sum a_{x_i}}sum_{0 leqslant c_i < b_{x_i}} frac{(sum c_i)!}{prod(c_i!)}prodleft( frac{a_{x_i}}{sum a_{x_i}} ight)^{c_i} \ end{aligned} ]

    第一项为容斥系数,第二项为随机到该集合元素的期望次数,第三项是可重集排列,因为整数的出现顺序需要考虑,第四项为集合内每个整数随机到的概率。

    发现式子主要和 (sum a_{x_i},sum c_i) 有关,可以考虑 (DP) 来进行计算。设 (f_{i,j,k}) 为考虑了前 (i) 个数,(sum a_{x_i})(j)(sum c_i)(k) 的所有集合按上面式子去掉与 (sum a_{x_i},sum c_i) 有关的项的乘积之和。

    转移为考虑是否加入第 (i) 个数,加入就考虑第 (i) 个数和其出现次数对式子的贡献。最后枚举 (sum a_{x_i},sum c_i) 即可计算答案。

    #include<bits/stdc++.h>
    #define maxn 410
    #define all 400
    #define p 998244353
    using namespace std;
    typedef long long ll;
    template<typename T> inline void read(T &x)
    {
        x=0;char c=getchar();bool flag=false;
        while(!isdigit(c)){if(c=='-')flag=true;c=getchar();}
        while(isdigit(c)){x=(x<<1)+(x<<3)+(c^48);c=getchar();}
        if(flag)x=-x;
    }
    int n,s1,s2;
    ll ans;
    int a[maxn],b[maxn];
    ll f[maxn][maxn][maxn],inv[maxn];
    void init()
    {
        inv[0]=inv[1]=1;
        for(int i=2;i<=all;++i) inv[i]=(p-p/i)*inv[p%i]%p;
    }
    int main()
    {
        init(),read(n);
        for(int i=1;i<=n;++i)
            read(a[i]),read(b[i]),s1+=a[i],s2+=b[i];
        f[0][0][0]=p-1;
        for(int i=1;i<=n;++i)
        {
            ll v=1;
            for(int j=0;j<=s1;++j)
                for(int k=0;k<=s2;++k)
                    f[i][j][k]=f[i-1][j][k];
            for(int t=0;t<b[i];++t,v=v*a[i]%p*inv[t]%p)
                for(int j=a[i];j<=s1;++j)
                    for(int k=t;k<=s2;++k)
                        f[i][j][k]=(f[i][j][k]-f[i-1][j-a[i]][k-t]*v%p+p)%p;
        }
        for(int j=1;j<=s1;++j)
        {
            ll v=1;
            for(int k=0;k<=s2;++k,v=v*k%p*inv[j]%p)
                ans=(ans+f[n][j][k]*s1%p*inv[j]%p*v%p)%p;
        }
        printf("%lld",ans);
        return 0;
    }
    
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