五月集训(第11天) —— 矩阵

本文是《英雄算法联盟:算法集训》的一部分,主要讨论矩阵相关算法。包括统计有序矩阵中的负数、求最富有客户的资产总量、翻转图像以及将矩阵按对角线排序的解题思路。通过逐题解析,帮助读者掌握矩阵操作技巧。

前言

        此为《英雄算法联盟:算法集训》的内容,具体内容详见:知识星球:英雄算法联盟。加入星球后,即可享用星主 优快云付费专栏 免费阅读 的权益。
        欢迎大家积极在评论区留言发表自己的看法,知无不言,言无不尽,养成每天刷题的习惯,也可以自己发布优质的解题报告,供社区一同鉴赏,吸引一波自己的核心粉丝。
        希望大家先自己思考,如果实在没有想法,再看下面的算法思路,如果有思路但是写不出来,可以参考朋友圈中其他人的代码,总有一款是适合你的,关注一下他,取其之长,补给之短。
        今天集训的内容是:矩阵
        前三题较为简单,第四题有一些技巧,想出来以后就会很有成就感,建议想一想。<

### 关于矩阵快速幂在LGP10000集训队互测2023中的实现 矩阵快速幂是一种高效的算法技术,用于解决涉及矩阵指数运算的问题。其核心思想是通过分治策略减少计算次数,从而显著提高效率。对于LGP10000集训队互测2023中的具体应用,可以考虑以下几点: #### 矩阵快速幂的核心原理 矩阵快速幂基于二分的思想来加速矩阵乘方的计算过程。假设需要求解 \( A^n \),其中 \( n \) 是正整数,则可以通过如下方式分解问题: - 如果 \( n \) 为偶数,则有 \( A^n = (A^{n/2})^2 \)[^1]。 - 如果 \( n \) 为奇数,则有 \( A^n = A \times A^{n-1} \)[^1]。 这种递归方法的时间复杂度由朴素的 \( O(n) \) 减少到 \( O(\log n) \) 的级别。 #### LGP10000 集训队互测 2023 中的应用场景 在竞赛题目中,矩阵快速幂通常被用来优化动态规划转移或者处理线性递推关系。例如,在某些斐波那契类序列或其他具有固定阶数递推式的场合下,可以用矩阵表示状态转移并借助快速幂完成高效计算[^2]。 以下是针对该应用场景的一个通用模板代码示例(Python版本),适用于大多数类似的竞赛问题: ```python import numpy as np def matrix_multiply(A, B, mod): """矩阵相乘""" result = [[0 for _ in range(len(B[0]))] for __ in range(len(A))] for i in range(len(A)): for j in range(len(B[0])): for k in range(len(B)): result[i][j] = (result[i][j] + A[i][k] * B[k][j]) % mod return result def matrix_power(matrix, power, mod): """矩阵快速幂函数""" size = len(matrix) res = [[int(i == j) for j in range(size)] for i in range(size)] while power > 0: if power & 1: res = matrix_multiply(res, matrix, mod) matrix = matrix_multiply(matrix, matrix, mod) power >>= 1 return res # 示例:定义初始矩阵和模数 modulus = int(1e9 + 7) base_matrix = [ [1, 1], [1, 0] ] # 计算第N项的结果 N = 1000000000 final_matrix = matrix_power(base_matrix, N - 1, modulus) print(final_matrix[0][0]) ``` 此代码片段展示了如何利用矩阵快速幂计算大范围内的特定数值。注意这里的 `matrix_multiply` 和 `matrix_power` 方法均支持取模操作以防止溢出[^3]。 #### 注意事项 实际编码过程中需要注意边界条件以及输入数据规模的影响。此外,还需确认所使用的编程语言是否具备足够的性能支撑大规模矩阵运算需求。
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