CF1278F·Cards

初见安~这里是传送门:Codeforces Educational Codeforces Round 78 F Cards

Sol

题意:m张牌,有一张是小丑,随机洗牌n次看最上面的一张牌,求这一张是小丑的期望次数的k次方。

这个k次方一加,这个题就十分灵性了。

首先我们先按题意写出式子:每一次看到小丑的概率是\frac{1}{m},我们就可以枚举期望次数:

但是n的范围明显我们连O(n)都不能写。并且我们可以发现k的范围很小。看到后面的i^k以及第二类斯特林数展开式结合二项式反演的优秀性质【即替换i^k后大多可以把复杂度的上限落到k上】,我们决定用第二类斯特林数替换一下i^k,也就是:

【对这一步感到很迷惑的看官,可以到这里看一看,两题套路极其相似,该题也相对简单一些】

第二类斯特林数我们可以把他的展开式卷积起来用NTT求,所以我们把j循环换到前面:

其实这里j循环的上限应该是min(n,k),因为第二类斯特林数的定义下j一定小于等于k。所以现在我们要把后面的i循环给整掉。怎么整?先让它看起来好看一点:

现在,如果再把组合数给拆乘阶乘,把与i无关的项提到i循环前面j循环后面去,是不是就可以凑一个n-j个卷积了?是的,但是!!!看到n的范围你就知道了,这根本卷不起来,并且这个上限怎么都降不下去。这就是这个题迷惑的地方,我们不能直接把后面的循环也NTT卷积。那我们再观察吧。有个组合数,有两项,两项之和为1并且幂次之和距离n-j就多了一个j。哦!这不是可以二项式定理替换掉嘛!!!【反正我没想到

我们把1/m的j次方提到前面去,后面整个i循环就可以用二项式展开换掉了。

【二项式定理:\small (a+b)^n=\sum_{i=0}^nC_n^ia^ib^{n-i}

好!现在我们看起来就可以直接\small O(klogk)做了!

是吗?

我们再把式子展开:

看到那个n!了吗?这没办法预处理咋办?其实n!和(n-j)!可以一起写成n的j下降幂,暴力从n-j+1乘到n就好了,因为j的范围也是受k限制的。这样复杂度就是\small O(k^2),能过。当然还有别的关于二项式的替换方法,本狸不会QuQ

上代码——

#include<algorithm>
#include<iostream>
#include<cstring>
#include<cstdio>
#include<cmath>
#include<queue>
#define maxn 20004
using namespace std;
typedef long long ll;
const int mod = 998244353, mx = 2e4;
int read() {
	int x = 0, f = 1, ch = getchar();
	while(!isdigit(ch)) {if(ch == '-') f = -1; ch = getchar();}
	while(isdigit(ch)) x = (x << 1) + (x << 3) + ch - '0', ch = getchar();
	return x * f;
}

int n, m, k;
ll fac[maxn], inv[maxn];
ll pw(ll a, ll b) {ll res = 1; while(b) {if(b & 1) res = res * a % mod; a = a * a % mod, b >>= 1;} return res;}

int len = 1, l = 0, r[maxn];
void NTT(ll *c, int op) {
	for(int i = 1; i <= len; i++) if(i < r[i]) swap(c[i], c[r[i]]);
	for(int mid = 1; mid < len; mid <<= 1) {
		ll gn = pw(3, (mod - 1) / (mid << 1));
		if(op == -1) gn = pw(gn, mod - 2);
		for(int ls = 0, L = mid << 1; ls < len; ls += L) {
			ll g = 1;
			for(int k = 0; k < mid; k++, g = g * gn % mod) {
				ll x = c[ls + k], y = c[ls + mid + k] * g % mod;
				c[ls + k] = (x + y) % mod, c[ls + k + mid] = (x - y + mod) % mod;
			}
		}
	}
	if(op == -1) {
		ll rev = pw(len, mod - 2);
		for(int i = 0; i <= len; i++) c[i] = c[i] * rev % mod;
	}
}

ll F[maxn], G[maxn], ans = 0;
signed main() {
	n = read(), m = read(), k = read();
	fac[0] = inv[0] = 1;//为什么要预处理?第二类斯特林数还是会用一下下的就顺手写了……
	for(int i = 1; i <= mx; i++) fac[i] = fac[i - 1] * i % mod;
	inv[mx] = pw(fac[mx], mod - 2);
	for(int i = mx - 1; i > 0; i--) inv[i] = inv[i + 1] * (i + 1) % mod;
	
	for(int i = 0; i <= k; i++) F[i] = pw(i, k) * inv[i] % mod;
	for(int i = 0, kd = 1; i <= k; i++, kd = -kd) G[i] = (kd * inv[i] % mod + mod) % mod;
	
	while(len <= k + k) len <<= 1, l++;
	for(int i = 0; i <= len; i++) r[i] = (r[i >> 1] >> 1) | ((i & 1) << l - 1);
	NTT(F, 1), NTT(G, 1);
	for(int i = 0; i <= len; i++) F[i] = F[i] * G[i] % mod;
	NTT(F, -1);//第二类斯特林数卷积完了
	
	for(int i = 0; i <= k; i++) {
		ll res = 1;
		for(int j = n; j > n - i; j--) res = res * j % mod;//暴力n的j下降幂
		ans = (ans + F[i] * res % mod * pw(pw(m, mod - 2), i) % mod) % mod;
	}
	printf("%lld\n", ans);
	return 0;
}

迎评:)
——End——

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