VIJOS 1477 跳动的水珠

本文介绍了一种使用矩阵快速幂和倍增置换方法解决特定问题的高效算法。该算法通过优化循环节来加速计算过程,避免了传统矩阵方法的资源浪费。文章详细解释了如何构建和运用转移矩阵来迭代计算,并提供了完整的代码实现。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

提示:
1. 本题的暴力可以先写好备着 , 总是有用的。
2. 看到T的范围 , 我打赌跟快速幂有关……

详细题解和分析在代码后:

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <string>
#include <queue>
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <deque>
#include <set>
#include <map>
#include <complex>
#include <climits>
#include <cassert>

using namespace std;
const int maxn = 120;
const int maxm = 102;
int modu;

typedef long long ll;
struct Matrix
{
    int n , m;
    int a[maxm][maxm];

    Matrix(int n=0 , int m=0){ this->n = n; this->m = m; memset(a , 0 , sizeof a); }

    int* operator [] ( int b ) { return a[b]; }
    Matrix operator *(Matrix b)
    {
        Matrix res(n , b.m);
        assert(m == b.n);

        for(int i=1;i<=n;i++) for(int j=1;j<=b.m;j++) for(int k=1;k<=m;k++) (res[i][j] += a[i][k]*b[k][j]) %= modu;
        return res;
    }
};

Matrix powMatrix(Matrix a , int n)
{
    Matrix res;
    res.n = res.m = a.n;

    for(int i=1;i<=res.n;i++) res[i][i] = 1;

    while(n)
    {
        if(n&1) res = res*a;
        a = a*a;
        n >>= 1;
    }

    return res;
}

int n , m , x , p , t;
string d[maxn][maxn];

Matrix timeFly(Matrix a , int t)
{
    int b[maxn][maxn];
    for(int i=0;i<t;i++)
    {
        memset(b , 0 , sizeof b);
        for(int j=1;j<=n;j++) for(int k=1;k<=m;k++)
        {
            char c = d[j][k][i%d[j][k].size()];
            if(c == 'C') (b[j][k] += (x+a[j][k])%p) %= p;
            if(c == 'U') (b[j-1][k] += a[j][k]) %= p;
            if(c == 'D') (b[j+1][k] += a[j][k]) %= p;
            if(c == 'L') (b[j][k-1] += a[j][k]) %= p;
            if(c == 'R') (b[j][k+1] += a[j][k]) %= p;
        }

        for(int j=1;j<=n;j++) for(int k=1;k<=m;k++) a[j][k] = b[j][k];
    }
    return a;
}

void print(Matrix a)
{
    for(int i=1;i<=n;i++)
    {
        for(int j=1,k;j<=m;j=k)
        {
            for(k=j;k<=m && a[i][k] == a[i][j];k++);
            cout<<(k-j)<<" "<<a[i][j]<<(k>m?"\n":" ");
        }
    }
}

int id(int x , int y) { return (x-1)*m + y; }

__inline Matrix modifyTrans(Matrix a , Matrix b)
{
    Matrix res;
    for(int i=1;i<=n;i++) for(int j=1;j<=m;j++)if(a[i][j])
    {
        int x = (a[i][j]+m-1)/m , y = (a[i][j]%m==0)?m:a[i][j]%m;
        res[i][j] = b[x][y];
    }

    return res;
}

__inline Matrix modifyNow(Matrix a , Matrix b , Matrix c)
{
    Matrix res = c;
    for(int i=1;i<=n;i++) for(int j=1;j<=m;j++)if(b[i][j])
    {
        int x = (b[i][j]+m-1)/m , y = (b[i][j]%m==0)?m:b[i][j]%m;
        (res[x][y] += a[i][j]) %= modu;
    }

    return res;
}


int main()
{


    cin>>n>>m>>x>>p>>t;
    modu = p;

    for(int i=1;i<=n;i++) for(int j=1,k;j<=m;j++) cin>>k>>d[i][j];
    //puts("OK");
    /*if(t <= 1e4)
    {
        print(timeFly(Matrix() , t));
        return 0;
    }
    else */ 
    {
        //puts("OK");
        Matrix now = timeFly(Matrix() , 63) , res;

        Matrix trans(n , m);
        for(int i=1;i<=n;i++) for(int j=1;j<=m;j++)
        {
            int x = i , y = j; bool ok = true;
            for(int k=0,nx,ny;k<63;k++) 
            {
                char c = d[x][y][k%d[x][y].size()];
                if(c == 'C') nx = x , ny = y;
                if(c == 'U') nx = x-1 , ny = y;
                if(c == 'D') nx = x+1 , ny = y;
                if(c == 'L') nx = x , ny = y-1;
                if(c == 'R') nx = x , ny = y+1;
                x = nx;
                y = ny;
                if(!x || x>n || !y || y>m) { ok = false; break; }
            }
            if(ok) trans[i][j] = id(x , y);
        }

        int req = t/63;
        while(req)
        {
            if(req&1) res = modifyNow(res , trans , now);
            now = modifyNow(now , trans , now);
            trans = modifyTrans(trans , trans);

            req >>= 1;
        }

        print(timeFly(res , t%63));
    }


    return 0;
}

题解:
看到T的范围,博主第一反应,矩阵快速幂?!然后啪啪啪写了一份矩阵的代码,仔细看了范围,貌似只能过8个点的样子。正解并不是用矩阵来加速而是通过一种类似倍增置换的方法,因为矩阵是多元关系的转化,浪费了巨多时间。

如果你仅仅构想出矩阵的解法,说明你没有发掘问题的特殊性,这玩意是个置换,所以并不需要用关系矩阵来体现问题的(也可以说是压缩了一个及其稀疏的矩阵),我们只需要用一个n×m的矩阵来记录置换关系,相乘其实就是置换的迭代,此时如果我们再记录一个新增的量的矩阵就可以啦。

具体来说,由于本题的条件,循环节最长是63,于是我们可以暴力算出Tmod63的流动情况,然后我们重点要加速T63次循环的流动情况,我们记录两个转移矩阵,分别表示每个格子经过若干次后会到达哪里、经过若干次后每个格子上会新增多少量,即可。

1. 用户与权限管理模块 角色管理: 学生:查看实验室信息、预约设备、提交耗材申请、参与安全考核 教师:管理课题组预约、审批学生耗材申请、查看本课题组使用记录 管理员:设备全生命周期管理、审核预约、耗材采购与分发、安全检查 用户操作: 登录认证:统一身份认证(对接学号 / 工号系统,模拟实现),支持密码重置 信息管理:学生 / 教师维护个人信息(联系方式、所属院系),管理员管理所有用户 权限控制:不同角色仅可见对应功能(如学生不可删除设备信息) 2. 实验室与设备管理模块 实验室信息管理: 基础信息:实验室编号、名称、位置、容纳人数、开放时间、负责人 功能分类:按学科(计算机实验室 / 电子实验室 / 化学实验室)标记,关联可开展实验类型 状态展示:实时显示当前使用人数、设备运行状态(正常 / 故障) 设备管理: 设备档案:名称、型号、规格、购置日期、单价、生产厂家、存放位置、责任人 全生命周期管理: 入库登记:管理员录入新设备信息,生成唯一资产编号 维护记录:记录维修、校准、保养信息(时间、内容、执行人) 报废处理:登记报废原因、时间,更新设备状态为 "已报废" 设备查询:支持按名称、型号、状态多条件检索,显示设备当前可用情况 3. 预约与使用模块 预约管理: 预约规则:学生可预约未来 7 天内的设备 / 实验室,单次最长 4 小时(可设置) 预约流程:选择实验室→选择设备→选择时间段→提交申请(需填写实验目的) 审核机制:普通实验自动通过,高危实验(如化学实验)需教师审核 使用记录: 签到 / 签退:到达实验室后扫码签到,离开时签退,系统自动记录实际使用时长 使用登记:填写实验内容、设备运行情况(正常 / 异常),异常情况需详细描述 违规管理:迟到 15 分钟自动取消预约,多次违规限制预约权限 4. 耗材与安全管理模块 耗材管理: 耗材档案:名称、规格、数量、存放位置、
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