【矩阵快速幂】HDU 2157 How many ways??(矩阵快速幂经典问题)




         给定一个有向图,问从A点恰好走k步(允许重复经过边)到达B点的方案数mod p的值
        把给定的图转为邻接矩阵,即A(i,j)=1当且仅当存在一条边i->j。令C=A*A,那么C(i,j)=ΣA(i,k)*A(k,j),实际上就等于从点i到点j恰好经过2条边的路径数(枚举k为中转点)。类似地,C*A的第i行第j列就表示从i到j经过3条边的路径数。同理,如果要求经过k步的路径数,我们只需要二分求出A^k即可。


         此题就是此类经典矩阵快速幂题


code:

#include<stdio.h>
#include<string.h>
const int N=25;
#define mod 1000
int n,m;
struct Matrix
{
    int mat[N][N];
    Matrix()
    {
        memset(mat,0,sizeof(mat));
    }
};
Matrix mul(Matrix a,Matrix b)
{
    Matrix res;
    for(int i=0;i<n;i++)
    {
        for(int j=0;j<n;j++)
        {
            for(int k=0;k<n;k++)
            {
                res.mat[i][j]+=(a.mat[i][k]*b.mat[k][j])%mod;
                res.mat[i][j]%=mod;
            }
        }
    }
    return res;
}
Matrix pow(Matrix a,int k)
{
    Matrix res;
    for(int i=0;i<n;i++)
    {
        res.mat[i][i]=1;
    }
    while(k)
    {
        if(k&1)
            res=mul(res,a);
        a=mul(a,a);
        k>>=1;
    }
    return res;
}
int main()
{
    while(~scanf("%d%d",&n,&m))
    {
        if(n==0&&m==0)
        {
            break;
        }
        Matrix A,B;
        int x,y;
        while(m--)
        {
            scanf("%d%d",&x,&y);
            A.mat[x][y]=1;
        }
        int T,k;
        scanf("%d",&T);
        while(T--)
        {
            scanf("%d%d%d",&x,&y,&k);
            B=pow(A,k);
            printf("%d\n",B.mat[x][y]%mod);
        }
    }
}


### HDU 2544 题目分析 HDU 2544 是关于最短路径的经典问题,可以通过多种方法解决,其中包括基于邻接矩阵的 Floyd-Warshall 算法。以下是针对该问题的具体解答。 --- #### 基于邻接矩阵的 Floyd-Warshall 实现 Floyd-Warshall 算法是一种动态规划算法,适用于计算任意两之间的最短路径。它的时间复杂度为 \( O(V^3) \),其中 \( V \) 表示节的数量。对于本题中的数据规模 (\( N \leq 100 \)),此算法完全适用。 下面是具体的实现方式: ```cpp #include <iostream> #include <algorithm> using namespace std; const int INF = 0x3f3f3f3f; int dist[105][105]; int n, m; void floyd() { for (int k = 1; k <= n; ++k) { // 中间节 for (int i = 1; i <= n; ++i) { // 起始节 for (int j = 1; j <= n; ++j) { // 结束节 if (dist[i][k] != INF && dist[k][j] != INF) { dist[i][j] = min(dist[i][j], dist[i][k] + dist[k][j]); } } } } } int main() { while (cin >> n >> m && (n || m)) { // 初始化邻接矩阵 for (int i = 1; i <= n; ++i) { for (int j = 1; j <= n; ++j) { if (i == j) dist[i][j] = 0; else dist[i][j] = INF; } } // 输入的信息并更新邻接矩阵 for (int i = 0; i < m; ++i) { int u, v, w; cin >> u >> v >> w; dist[u][v] = min(dist[u][v], w); dist[v][u] = min(dist[v][u], w); // 如果是有向图,则去掉这一行 } // 执行 Floyd-Warshall 算法 floyd(); // 输出起到终的最短距离 cout << (dist[1][n] >= INF ? -1 : dist[1][n]) << endl; } return 0; } ``` --- #### 关键解析 1. **邻接矩阵初始化** 使用二维数组 `dist` 存储每一对节间的最小距离。初始状态下,设所有节对的距离为无穷大 (`INF`),而同一节自身的距离为零[^4]。 2. **输入处理** 对于每条 `(u, v)` 和权重 `w`,将其存储至邻接矩阵中,并取较小值以防止重的影响[^4]。 3. **核心逻辑** Floyd-Warshall 的核心在于三重循环:依次尝试通过中间节优化其他两节间的距离关系。具体而言,若从节 \( i \) 到 \( j \) 可经由 \( k \) 达成更优解,则更新对应位置的值[^4]。 4. **界条件** 若最终得到的结果仍为无穷大(即无法连通),则返回 `-1`;否则输出实际距离[^4]。 --- #### 性能评估 由于题目限定 \( N \leq 100 \),因此 \( O(N^3) \) 的时间复杂度完全可以接受。此外,空间需求也较低,适合此类场景下的应用。 ---
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