Problem of Precision(矩阵快速幂(推理))

本文介绍了一种利用矩阵快速幂解决特定数列问题的方法,通过构造特定的矩阵关系式来简化递推过程,并结合双精度浮点数的取整技巧,避免了直接使用双精度浮点数带来的误差累积问题。

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【题目来源】https://vjudge.net/problem/HDU-2256
【题意】
题意不再解释,相必都可以看得懂。。
【思路】
起初,我能想到的是找前一项和后一项的关系,直接通过矩阵快速幂求出来,我找到的关系是:前一项的a到下一项就变成了a²+b²,而b变成了2ab,就这样想了想,写出了关系矩阵:
这里写图片描述
接下来要考虑double的事,上网查了下double怎么取余,答案是增大一定的倍数,取余,然后再除以一定的倍数,看到这里,就自动否决了、、
接下来,看了博客,发现是另外一种思路。
找到对应的关系:
假设Fn=an+bn(sqrt(6)),Fn-1=an-1+bn-1(sqrt(6))
那么Fn=(5+2(sqrt(6)))*Fn-1
所以an+bn(sqrt(6))=(5+2(sqrt(6)))*(an-1+bn-1(sqrt(6)))
整理得:
an=5an-1+12bn-1;
bn=(2an-1+5bn-1)*sqrt(6);
根据矩阵乘法,得到一个这样的矩阵关系式:
这里写图片描述
但是,最后的值还是要double的,所以好像相比我那种,只是把中间过程的double省略了,但是接着看的时候,明白了:
(an+bn(sqrt(6)))²+(an-bn(sqrt(6)))²==2an
但是呢5-2(sqrt(6))≈≈0,所以(5-2(sqrt(6)))ⁿ≈≈0;
so (an+bn(sqrt(6)))≈2an;
又因为左边取的是下限,所以2an-1。
所以结果就是2an-1。
【代码】

#include<set>
#include<map>
#include<stack>
#include<cmath>
#include<queue>
#include<cstdio>
#include<string>
#include<cstring>
#include<iostream>
#include<limits.h>
#include<algorithm>
#define mem(a,b) memset(a,b,sizeof(a))
using namespace std;
const int mod=1024;
const double esp=1e-5;
typedef unsigned long long ll;
typedef long long LL;
int n;
struct mat
{
    int a[3][3];
}base;
mat operator*(mat s,mat t)
{
    mat r;
    mem(r.a,0);
    for(int i=1;i<=2;i++)
        for(int j=1;j<=2;j++)
            for(int p=1;p<=2;p++)
            {
                r.a[i][j]=r.a[i][j]+s.a[i][p]*t.a[p][j];
                if(r.a[i][j]>=mod)
                    r.a[i][j]%=mod;
            }
    return r;
}
void print(mat s)
{
    printf("%d %d\n",s.a[1][1],s.a[1][2]);
    printf("%d %d\n",s.a[2][1],s.a[2][2]);
}
void pow_mat(mat &ans)
{
    mat base,temp;
    mem(base.a,0);
    base.a[1][1]=5;
    base.a[1][2]=2;
    base.a[2][1]=12;
    base.a[2][2]=5;
    mem(temp.a,0);
    for(int i=1;i<=2;i++)
        temp.a[i][i]=1;
    while(n)
    {
        if(n&1)
            temp=temp*base;
        print(base);
        base=base*base;
//        print(base);
        n>>=1;
    }
    ans=ans*temp;
}
int main()
{
    int T;
    scanf("%d",&T);
    while(T--)
    {
        scanf("%d",&n);
        if(n==1)
        {
            printf("%d\n",9);
            continue;
        }
        n--;
        mat ans;
        mem(ans.a,0);
        ans.a[1][1]=5;
        ans.a[1][2]=2;
        pow_mat(ans);
        int x=(ans.a[1][1]*2-1)%mod;
        printf("%d\n",x);

    }
}
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