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  • 【codeforces 623E】dp+FFT+快速幂

    题目大意:用$[1,2^k-1]$之间的证书构造一个长度为$n$的序列$a_i$,令$b_i=a_1 or a_2 or ... or a_i$,问使得b序列严格递增的方案数,答案对$10^9+7$取模。  

    数据范围,$n≤10^{18}$,$k≤30000$。

    考虑用dp来解决这一题,我们用$f[i][j]$来表示前$i$个数中,使用了$j$个二进制位(注意!并不是前$j$个),那么答案显然为$sum_{i=0}^{k} inom{n}{i} imes f[n][i]$。

    考虑如何用前面求得的数值来更新$f[x+y][i]$,不妨设$j∈[1,i]$。

    不难推出,用了$x$个数,在$i$个二进制位中选用了$j$个二进制位的方案数为$inom{i}{j} imes f[x][j]$。 

    然后,用掉$y$个数,并选用余下$i-j$个二进制位的方案数为$f[y][i-j]$。

    考虑到前面$x$个数已经选择了$j$个二进制位,那么剩下的$y$个数,在这$j$个位置上,均可以随便填0或1,方案数为$(2^j)^y$。

    通过上文分析,得$f[x+y][i]=sum_{j=1}^{i} f[x][j] imes inom{i}{j} imes f[y][i-j] imes (2^j)^y$。

    通过简单整理,$=i!sum_{j=1}^{i} frac{f[x][j] imes (2^j)^y}{j!} imes frac{f[y][i-j]}{(i-j)!}$。

    然后,我们就可以通过NTT,进行dp式子的转移。

    不过此题的模数非常恶心,所以需要用任意模数FFT。

    考虑到$n$范围非常大,所以$x$和$y$的选择必须要有技巧,我们可以用类似快速幂的算法,加速转移,详情可见代码。

    时间复杂度为$O(k log k log n)$。

      1 #include<bits/stdc++.h>
      2 #define L long long 
      3 #define MOD 1000000007
      4 #define H 16
      5 #define M 1<<H
      6 #define hh 32768
      7 #define PI acos(-1)
      8 using namespace std;
      9 int nn;
     10 int k; L n;
     11 
     12 L pow_mod(L x,L k){
     13     L ans=1;
     14     while(k){
     15         if(k&1) ans=ans*x%MOD;
     16         k>>=1; x=x*x%MOD;
     17     }
     18     return ans;
     19 }
     20 
     21 struct cp{
     22     double i,r;
     23     cp(){i=r=0;}
     24     cp(double rr,double ii){i=ii; r=rr;}
     25     friend cp operator +(cp a,cp b){return cp(a.r+b.r,a.i+b.i);}
     26     friend cp operator -(cp a,cp b){return cp(a.r-b.r,a.i-b.i);}
     27     friend cp operator *(cp a,cp b){return cp(a.r*b.r-a.i*b.i,a.r*b.i+a.i*b.r);}
     28     L D(){L hhh=(r+0.499); return hhh%MOD;}
     29 };
     30 
     31 cp w[M][H];
     32 void init(){
     33     for(int i=2,j=0;j<H;j++,i<<=1){
     34         for(int k=0;k<i;k++)
     35         w[k][j]=cp(cos(2*PI*k/i),sin(2*PI*k/i));
     36     }
     37 }
     38 
     39 void change(cp a[],int n){
     40     for(int i=0,j=0;i<n-1;i++){
     41         if(i<j) swap(a[i],a[j]);
     42         int k=n>>1;
     43         while(j>=k) j-=k,k>>=1;
     44         j+=k;
     45     }
     46 }
     47 void FFT(cp a[],int n,int on){
     48     change(a,n);
     49     cp wn,u,t;
     50     for(int h=2,i=0;h<=n;h<<=1,i++){
     51         for(int j=0;j<n;j+=h){
     52             for(int k=j;k<j+(h>>1);k++){
     53                 wn=w[k-j][i]; if(on==-1) wn.i=-wn.i;
     54                 u=a[k]; t=a[k+(h>>1)]*wn;
     55                 a[k]=u+t; a[k+(h>>1)]=u-t;
     56             }
     57         }
     58     }
     59     if(on==-1)
     60         for(int i=0;i<n;i++) a[i].r=a[i].r/n;
     61 }
     62  
     63 struct poly{
     64     L a[M];
     65     poly(){memset(a,0,sizeof(a));}
     66     friend poly operator *(poly a,poly b){
     67         poly c;
     68         static cp A[M],B[M],C[M],D[M],E[M],F[M],G[M];
     69         memset(A,0,sizeof(A)); memset(B,0,sizeof(B)); 
     70         memset(C,0,sizeof(C)); memset(D,0,sizeof(D));
     71         for(int i=0;i<nn;i++) A[i].r=a.a[i]%hh,B[i].r=a.a[i]/hh;
     72         for(int i=0;i<nn;i++) C[i].r=b.a[i]%hh,D[i].r=b.a[i]/hh;
     73         FFT(A,nn,1); FFT(B,nn,1); FFT(C,nn,1); FFT(D,nn,1);
     74         for(int i=0;i<nn;i++){
     75             E[i]=A[i]*C[i];
     76             F[i]=A[i]*D[i]+B[i]*C[i];
     77             G[i]=B[i]*D[i];
     78         }
     79         FFT(E,nn,-1); FFT(F,nn,-1); FFT(G,nn,-1);
     80         for(int i=0;i<nn;i++)
     81             c.a[i]=(E[i].D()+F[i].D()*hh%MOD+G[i].D()*hh%MOD*hh%MOD)%MOD;
     82         for(int i=k+1;i<nn;i++) c.a[i]=0;
     83         return c;
     84     }
     85 };
     86 L fac[M]={0},invfac[M]={0};
     87 L C(int n,int m){return fac[n]*invfac[m]%MOD*invfac[n-m]%MOD;} 
     88 poly ans,f,f1,f2;
     89 int main(){
     90     init();
     91     cin>>n>>k; n--;
     92     fac[0]=1; for(int i=1;i<=k;i++) fac[i]=fac[i-1]*i%MOD;
     93     invfac[k]=pow_mod(fac[k],MOD-2);
     94     for(int i=k-1;~i;i--) invfac[i]=invfac[i+1]*(i+1)%MOD;
     95     for(nn=1;nn<=(k*2);nn<<=1);
     96     L now=1;
     97     for(int i=1;i<=k;i++) f.a[i]=1;
     98     ans=f;
     99     while(n){
    100         if(n&1){
    101             f1=ans; f2=f;
    102             for(int i=1;i<=k;i++)
    103             f1.a[i]=f1.a[i]*invfac[i]%MOD*pow_mod(pow_mod(2,i),now)%MOD;
    104             for(int i=1;i<=k;i++)
    105             f2.a[i]=f2.a[i]*invfac[i]%MOD;
    106             ans=f1*f2;
    107             for(int i=1;i<=k;i++)
    108             ans.a[i]=ans.a[i]*fac[i]%MOD; 
    109         }
    110         f1=f; f2=f;
    111         for(int i=1;i<=k;i++) 
    112         f1.a[i]=f1.a[i]*invfac[i]%MOD*pow_mod(pow_mod(2,i),now)%MOD;
    113         for(int i=1;i<=k;i++)
    114         f2.a[i]=f2.a[i]*invfac[i]%MOD; 
    115         f=f1*f2;
    116         for(int i=1;i<=k;i++)
    117         f.a[i]=f.a[i]*fac[i]%MOD;
    118         n>>=1; now<<=1;
    119     }
    120     L sum=0;
    121     for(int i=1;i<=k;i++)
    122     sum=(sum+ans.a[i]*C(k,i))%MOD;
    123     cout<<sum<<endl;
    124 }
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