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  • 【我也不知道哪里来的题】—尘封的花环(Burnside引理+容斥)

    用 k 种颜色对大小为 n 的环进行染色,要求相邻点上的颜色不同,旋转同构的方案视作相同,求本质不同的方案数

    先不考虑同构
    考虑容斥有几对颜色相同

    得到f(n)=i=0n(1)i(ni)kmax(ni,1)=(k1)n+(1)n(k1)f(n)=sum_{i=0}^n(-1)^i{nchoose i}k^{max(n-i,1)}=(k-1)^n+(-1)^n(k-1)
    考虑怎么计算同构

    考虑对于旋转ii位的置换,一个状态会遍历n/gcd(n,i)n/gcd(n,i)个不同状态
    总共就有gcd(n,i)gcd(n,i)个循环
    一个不动点就是每个循环的颜色相同的情况
    也就是给f(gcd(n,i))f(gcd(n,i))

    ans=i=1nf(gcd(n,i))=dnf(d)ϕ(nd)ans=sum_{i=1}^nf(gcd(n,i))=sum_{d|n}f(d)phi(frac nd)

    由于1e181e18内的数因数只有1e51e5的规模
    写个PollardRhoPollard-Rho就可以了

    #include<bits/stdc++.h>
    using namespace std;
    const int RLEN=1<<20|1;
    inline char gc(){
        static char ibuf[RLEN],*ib,*ob;
        (ob==ib)&&(ob=(ib=ibuf)+fread(ibuf,1,RLEN,stdin));
        return (ob==ib)?EOF:*ib++;
    }
    #define gc getchar
    inline int read(){
        char ch=gc();
        int res=0,f=1;
        while(!isdigit(ch))f^=ch=='-',ch=gc();
        while(isdigit(ch))res=(res+(res<<2)<<1)+(ch^48),ch=gc();
        return f?res:-res;
    }
    #define ll long long
    #define re register
    #define pii pair<int,int>
    #define fi first
    #define se second
    #define pb push_back
    #define cs const
    #define bg begin
    #define poly vector<int>
    namespace Get{
    	inline ll mul(ll a,ll b,cs ll &mod){
    		return (a*b-(ll)((long double)a/mod*b)*mod+mod)%mod;
    	}
    	inline ll gcd(ll a,ll b){
    		return b?gcd(b,a%b):a;
    	}
    	inline ll ksm(ll a,ll b,cs ll &mod){
    		ll res=1;
    		for(;b;b>>=1,a=mul(a,a,mod))if(b&1)res=mul(res,a,mod);
    		return res;
    	}
    	inline bool isprime(ll x){
    		static int pr[17]={2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47,53,59};
    		for(int i=0;i<17;i++)if(x%pr[i]==0)return x==pr[i];
    		if(x<pr[16])return false;
    		ll t=x-1,s=0;
    		while(!(t&1))t>>=1,s++;
    		for(int i=0;i<17;i++){
    			ll a=pr[i],b=ksm(a,t,x);
    			for(int j=1;j<=s;j++){
    				ll k=mul(b,b,x);
    				if(k==1&&b!=1&&b!=x-1)return false;
    				b=k;
    			}
    			if(b!=1)return false;
    		}
    		return true;
    	}
    	inline ll f(ll x,ll c,cs ll &mod){
    		return (mul(x,x,mod)+c)%mod;
    	}
    	inline ll pro(ll x){
    		ll s=0,t=0,c=rand()%(x-1)+1;
    		for(int goal=1;;goal<<=1,s=t){
    			ll val=1;
    			for(int step=1;step<=goal;step++){
    				t=f(t,c,x);
    				val=mul(val,abs(t-s),x);
    				if(step%127==0){
    					ll d=gcd(val,x);
    					if(d>1)return d;
    				}
    			}
    			ll d=gcd(val,x);
    			if(d>1)return d;
    		}
    	}
    }
    cs int mod=998244353;
    inline int add(int a,int b){return (a+=b)>=mod?a-mod:a;}
    inline int dec(int a,int b){return (a-=b)<0?a+mod:a;}
    inline int mul(int a,int b){return 1ll*a*b%mod;}
    inline void Add(int &a,int b){(a+=b)>=mod?a-=mod:0;}
    inline void Dec(int &a,int b){(a-=b)<0?a+=mod:0;}
    inline void Mul(int &a,int b){a=1ll*a*b%mod;}
    inline int ksm(int a,int b,int res=1){for(;b;b>>=1,Mul(a,a))(b&1)&&(Mul(res,a),1);return res;}
    inline int Inv(int x){return ksm(x,mod-2);}
    inline void chemx(int &a,int b){a<b?a=b:0;}
    inline void chemn(int &a,int b){a>b?a=b:0;}
    ll pr[100],n;
    int cnt[100],tot,k;
    inline void getfac(ll x){
    	if(x==1)return;
    	if(Get::isprime(x)){pr[++tot]=x;return;}
    	ll p=x;
    	while(p>=x)p=Get::pro(x);
    	while(x%p==0)x/=p;
    	getfac(x),getfac(p);
    }
    int ans;
    inline void calc(ll d,ll phi){
    	d=n/d;
    	int res=ksm(k,d%(mod-1));
    	(d&1)?Dec(res,k):Add(res,k);
    	Add(ans,mul(phi%mod,res));
    }
    void dfs(int pos,ll prod,ll phi){
    	if(pos>tot)return calc(prod,phi);
    	dfs(pos+1,prod,phi);
    	for(int i=1;i<=cnt[pos];i++){
    		prod*=pr[pos],phi*=(pr[pos]-(i==1));
    		dfs(pos+1,prod,phi);
    	}
    }
    signed main(){
    	int T=read();
    	while(T--){
    		scanf("%lld",&n),k=(read()-1)%mod;
    		tot=ans=0;
    		getfac(n);
    		memset(cnt,0,sizeof(cnt));
    		sort(pr+1,pr+tot+1);
    		tot=unique(pr+1,pr+tot+1)-pr-1;
    		for(int i=1;i<=tot;i++){
    			ll x=n;
    			while(x%pr[i]==0)x/=pr[i],cnt[i]++;
    		}
    		dfs(1,1,1);
    		cout<<mul(ans,Inv(n%mod))<<'
    ';
    	}
    }
    
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