【POJ 3233】Matrix Power Series

最新推荐文章于 2023-12-30 17:20:46 发布

even_bao

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分类专栏：矩阵乘法二分

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矩阵乘法同时被 2 个专栏收录

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二分

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本文介绍了一种使用矩阵乘法和快速幂算法求解A^1+A^2+A^3+...+A^k的方法。该算法利用了二分的思想，并结合矩阵乘法实现了高效的计算过程，最终达到O(n^3log(n)^2)的时间复杂度。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

【题目链接】

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【算法】

要求 A^1 + A^2 + A^3 + ... + A^k

考虑通过二分来计算这个式子：

令f(k) = A^1 + A^2 + A ^ 3 + ... + A^k

那么，当k为奇数时,f(k) = f(k-1) + A ^ k

当k为偶数时,f(k) = f(n/2) + A ^ (n/2) * f(n/2）

因此，可以通过二分 + 矩阵乘法快速幂的方式，在O(n^3log(n)^2)的时间内解决此题

【代码】

#include <algorithm>
#include <bitset>
#include <cctype>
#include <cerrno>
#include <clocale>
#include <cmath>
#include <complex>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <ctime>
#include <deque>
#include <exception>
#include <fstream>
#include <functional>
#include <limits>
#include <list>
#include <map>
#include <iomanip>
#include <ios>
#include <iosfwd>
#include <iostream>
#include <istream>
#include <ostream>
#include <queue>
#include <set>
#include <sstream>
#include <stdexcept>
#include <streambuf>
#include <string>
#include <utility>
#include <vector>
#include <cwchar>
#include <cwctype>
#include <stack>
#include <limits.h>
using namespace std;
#define MAXN 35

int i,j,n,k,m;
struct Matrix
{
		int mat[MAXN][MAXN];
} a,ans;

inline Matrix add(Matrix a,Matrix b)
{
		int i,j;
		Matrix ans;
		memset(ans.mat,0,sizeof(ans.mat));
		for (i = 1; i <= n; i++)
		{
				for (j = 1; j <= n; j++)
				{
						ans.mat[i][j] = (a.mat[i][j] + b.mat[i][j]) % m;
				}
		}
		return ans;
}
inline Matrix mul(Matrix a,Matrix b)
{
		int i,j,k;
		Matrix ans;
		memset(ans.mat,0,sizeof(ans.mat));
		for (i = 1; i <= n; i++)
		{
				for (j = 1; j <= n; j++)
				{
						for (k = 1; k <= n; k++)
						{
								ans.mat[i][j] = (ans.mat[i][j] + a.mat[i][k] * b.mat[k][j]) % m;
						}
				}
		}
		return ans;
}
inline Matrix power(Matrix a,int m)
{
		Matrix ans,p = a;
		for (i = 1; i <= n; i++)
		{
				for (j = 1; j <= n; j++)
				{
						ans.mat[i][j] = (i == j);	
				}	
		}	
		while (m > 0)
		{
				if (m & 1) ans = mul(ans,p);
				p = mul(p,p);
				m >>= 1;
		}
		return ans;
}
Matrix solve(int n)
{
		Matrix tmp;
		if (n == 1) return a;
		if (n % 2 == 0)
		{
				tmp = solve(n/2);
				return add(tmp,mul(power(a,n/2),tmp));
		} else return add(solve(n-1),power(a,n));
 }

int main() 
{
		
		scanf("%d%d%d",&n,&k,&m);
		for (i = 1; i <= n; i++)
		{
				for (j = 1; j <= n; j++)
				{
						scanf("%d",&a.mat[i][j]);
				}
		}
		ans = solve(k);
		for (i = 1; i <= n; i++)
		{
				for (j = 1; j < n; j++)
				{
						printf("%d ",ans.mat[i][j]);
				}
				printf("%d\n",ans.mat[i][n]);
		}
		
		return 0;
	
}