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  • 等比数列二分求和取模

    题意:Given a n × n matrix A and a positive integer k, find the sum S = A + A2 + A3 + … + Ak.

    n (n ≤ 30), k (k ≤ 109) and m (m < 104)

    输出结果矩阵

    解法:

    若 n是偶数
    Sn= a+...+an/2 + an/2+1
    + an/2+2 +...+ an/2+n/2
    =(a+...+an/2) + an/2(a+...+an/2)
    =Sn/2+ an/2Sn/2
    =(1+an/2)Sn/2等比数列二分求和取模
     
    2) 若n是奇数
    Sn= a+...+a(n-1)/2 + a(n-1)/2+1
    +...
    + a(n-1)/2+(n-1)/2 + a(n-1)/2+(n-1)/2 + 1
    =S(n-1)/2
    + a(n-1)/2(a+...+a(n-1)/2)+an
    =(1+a(n-1)/2)S(n-1)/2+an
    //#include <bits/stdc++.h>
    #include <cstdio>
    #include <cstring>
    #include <cmath>
    #include <algorithm>
    #include <iostream>
    #include <algorithm>
    #include <iostream>
    #include <cstdio>
    #include <string>
    #include <cstring>
    #include <stdio.h>
    #include <queue>
    #include <stack>;
    #include <map>
    #include <set>
    #include <ctype.h>
    #include <string.h>
    #include <vector>
    #define ME(x , y) memset(x , y , sizeof(x))
    #define SF(n) scanf("%d" , &n)
    #define rep(i , n) for(int i = 0 ; i < n ; i ++)
    #define INF  0x3f3f3f3f
    #define PI acos(-1)
    using namespace std;
    typedef long long ll ;
    int n , k , mod ;
    
    struct node
    {
        int a[49][49];
        node(){
            memset(a , 0 , sizeof(a));
        }
    };
    
    node M;
    
    node mul(node A , node B)
    {
        node C ;
        for(int i = 0 ; i < n ; i++)
        {
            for(int j = 0 ; j < n ; j++)
            {
                for(int k = 0 ; k < n ; k++)
                {
                    C.a[i][j] = (C.a[i][j] + A.a[i][k] * B.a[k][j]) % mod ;
                }
            }
        }
        return C ;
    }
    
    node quickpow(node A , int t)
    {
        node ans ;
        for(int i = 0 ; i < n ; i++)
        {
            ans.a[i][i] = 1 ;
        }
        while(t)
        {
            if(t&1)
            {
                ans = mul(ans , A) ;
            }
            t >>= 1 ;
            A = mul(A , A);
        }
        return ans ;
    }
    
    node jia(node A , node B)
    {
        for(int i = 0 ; i < n ; i++)
        {
            for(int j = 0 ; j < n ; j++)
            {
                A.a[i][j] = (A.a[i][j] + B.a[i][j]) % mod ;
            }
        }
        return A ;
    }
    
    node half(node A , int k)
    {
        if(k == 1)
            return A ;
        else if(k % 2 == 0)
        {
            return mul(half(A , k/2) , jia(quickpow(A , k/2) , M));
        }
        else{
            return jia(mul(half(A , (k-1)/2) , jia(quickpow(A , (k-1)/2) , M)) , quickpow(A , k));
        }
    }
    
    int main()
    {
        /*#ifdef ONLINE_JUDGE
        #else
            freopen("D:/c++/in.txt", "r", stdin);
            freopen("D:/c++/out.txt", "w", stdout);
        #endif*/
        scanf("%d%d%d" , &n , &k , &mod);
        node A , B ;
        for(int i = 0 ; i < n ; i++)
        {
            M.a[i][i] = 1 ;
            for(int j = 0 ; j < n ; j++)
            {
                scanf("%d" , &A.a[i][j]);
            }
        }
        B = half(A , k);
        for(int i = 0 ; i < n ; i++)
        {
            for(int j = 0 ; j < n ; j++)
            {
                if(j == 0)
                    cout << B.a[i][j] ;
                else{
                    cout << " " << B.a[i][j] ;
                }
            }
            cout << endl ;
        }
    
        return 0 ;
    }
    

    解法二:等比矩阵

    |A  E|

    |0  E|

    |A  ,  E|                   |A^n , 1+A^1+A^2+....+A^(n-1)|

    |0  ,  E| 的n次方等于 |0     ,                     1         |

    构造一个大矩阵,进行快速幂后,输出右上角矩阵。

    //#include <bits/stdc++.h>
    #include <cstdio>
    #include <cstring>
    #include <cmath>
    #include <algorithm>
    #include <iostream>
    #include <algorithm>
    #include <iostream>
    #include <cstdio>
    #include <string>
    #include <cstring>
    #include <stdio.h>
    #include <queue>
    #include <stack>;
    #include <map>
    #include <set>
    #include <ctype.h>
    #include <string.h>
    #include <vector>
    #define ME(x , y) memset(x , y , sizeof(x))
    #define SF(n) scanf("%d" , &n)
    #define rep(i , n) for(int i = 0 ; i < n ; i ++)
    #define INF  0x3f3f3f3f
    #define PI acos(-1)
    using namespace std;
    typedef long long ll ;
    int n , k , mod ;
    
    struct node
    {
        int a[200][200];
        node(){
            memset(a , 0 , sizeof(a));
        }
    };
    
    
    node mul(node A , node B)
    {
        node C ;
        for(int i = 0 ; i < n ; i++)
        {
            for(int j = 0 ; j < n ; j++)
            {
                for(int k = 0 ; k < n ; k++)
                {
                    C.a[i][j] = (C.a[i][j] + A.a[i][k] * B.a[k][j]) % mod ;
                }
            }
        }
        return C ;
    }
    
    node quickpow(node A , int t)
    {
        node ans ;
        for(int i = 0 ; i < n ; i++)
        {
            ans.a[i][i] = 1 ;
        }
        while(t)
        {
            if(t&1)
            {
                ans = mul(ans , A) ;
            }
            t >>= 1 ;
            A = mul(A , A);
        }
        return ans ;
    }
    
    
    int main()
    {
        /*#ifdef ONLINE_JUDGE
        #else
            freopen("D:/c++/in.txt", "r", stdin);
            freopen("D:/c++/out.txt", "w", stdout);
        #endif*/
        node A , B;
        scanf("%d%d%d" , &n , &k , &mod);
        for(int i = 0 ; i < n ; i++)
        {
            for(int j = 0 ; j < n ; j++)
            {
                scanf("%d" , &A.a[i][j]);
                if(i == j)
                {
                    A.a[i][j+n] = 1 ;
                    A.a[i+n][j+n] = 1 ;
                }
            }
        }
        n *= 2 ;
        B = quickpow(A , k+1);
        for(int i = 0 ; i < n/2 ; i++)
        {
            for(int j = n/2 ; j < n ; j++)
            {
                if(i+n/2 == j)  B.a[i][j]--;
                if(j == n/2)
                    cout << B.a[i][j]  ;
                else{
                    cout << " " << B.a[i][j] ;
                }
            }
            cout << endl ;
        }
    
        return 0 ;
    }
    
     
     
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