CodeForces 717D Dexterina’s Lab (矩阵快速幂+博弈)

该博客详细分析了CodeForces 717D题目的解题思路,重点讲解如何利用矩阵快速幂解决求先手胜利概率的问题。在解决过程中,博主指出了在计算上界的常见错误,即不应简单地用位运算取2的幂次,而应根据问题特性确定最小的合适幂次,如本题中取128。

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题目链接:http://codeforces.com/problemset/problem/717/D

题目大意:

给定堆数和每堆石子的最大个数,
现在每堆都给定P(X),问其随机玩后
先手胜利的概率是多少。

题目分析:

明显的矩阵快速幂。
要注意的坑是我刚开始取上界直接取
k<<1了,这样其实有漏洞因为位运算的原因会越界,
正解应该是观察位的性质后取最小的二次幂,这里我们
取128即可。

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

#define debug puts("YES");
#define rep(x,y,z) for(int (x)=(y);(x)<(z);(x)++)
#define ll long long

#define lrt int l,int r,int rt
#define lson l,mid,rt<<1
#define rson mid+1,r,rt<<1|1
#define root l,r,rt
#define mst(a,b) memset((a),(b),sizeof(a))
#define pii pair<int,int>
#define fi first
#define se second
#define mk(x,y) make_pair(x,y)
const int mod=1e9+7;
const int maxn=128;
const int ub=1e6;
ll powmod(ll x,ll y){ll t; for(t=1;y;y>>=1,x=x*x%mod) if(y&1) t=t*x%mod; return t;}
ll gcd(ll x,ll y){return y?gcd(y,x%y):x;}
/*
题目大意:
给定堆数和每堆石子的最大个数,
现在每堆都给定P(X),问其随机玩后
先手胜利的概率是多少。

题目分析:
明显的矩阵快速幂。
要注意的坑是我刚开始取上界直接取
k<<1了,这样其实有漏洞因为位运算的原因会越界,
正解应该是观察位的性质后取最小的二次幂,这里我们
取128即可。
*/

int n,k;
double p;
struct mat{
    double a[maxn][maxn];
    mat(){mst(a,0);}
    mat operator*(const mat& y)const{
        mat ret;
        rep(i,0,maxn) rep(j,0,maxn) rep(p,0,maxn)
            ret.a[i][j]+=a[i][p]*y.a[p][j];
        return ret;
    }
};
mat powmat(mat x,int n){
    mat ret;rep(i,0,k) ret.a[i][i]=1.0;
    for(;n;x=x*x,n>>=1) if(n&1) ret=x*ret;
    return ret;
}

int main(){
    cin>>n>>k;int tk=k;k<<=1;
    mat dp;
    rep(i,0,tk+1){
        scanf("%lf",&p);
        rep(j,0,maxn){
            dp.a[i^j][j]+=p;///这里取上界要注意,取的不好位运算可能会越界
        }
    }
    dp=powmat(dp,n);
    printf("%.8f\n",1.0-dp.a[0][0]);
    return 0;
}

 

### Codeforces 平台上的快速幂算法题目及相关实现 #### 快速幂算法简介 快速幂是一种高效的计算 $a^b \mod c$ 的算法,其时间复杂度为 $O(\log b)$。通过将指数分解成二进制形式并利用平方倍增的方式减少乘法次数来提高效率。 --- #### 题目解析与实现方法 以下是两道来自 Codeforces 平台上涉及快速幂的经典题目及其解决方案: --- ##### **题目一:Codeforces 1594B** 这是一道典型的快速幂应用题,目标是找到第 $k$ 个以 $n$ 为底的幂底数累加的结果[^1]。 ###### 解决方案 给定整数 $n$ 和 $k$,我们需要按照 $k$ 的二进制表示逐位判断哪些位置对应的幂需要被加入最终结果中。具体实现如下: ```cpp #include <iostream> #define ll long long using namespace std; const int MOD = 1e9 + 7; int main() { int t; cin >> t; while (t--) { ll n, k; cin >> n >> k; ll ans = 0, s = 1; // 初始化答案和当前幂值 while (k != 0) { if (k & 1) { // 如果当前位为1,则加上对应幂值 ans = (ans + s) % MOD; } s = s * n % MOD; // 更新幂值 k >>= 1; // 右移一位 } cout << ans << endl; } return 0; } ``` 此代码的核心在于使用 `while` 循环逐步处理 $k$ 的每一位,并根据是否为 $1$ 来决定是否将其对应的幂值加入到总和中。 --- ##### **题目二:CodeForces - 894B Ralph And His Magic Field** 本题同样涉及到快速幂的应用,但更侧重于组合数学中的计数问题[^2]。 ###### 解决方案 对于输入的三个参数 $n$, $m$, 和 $k$,我们可以通过快速幂函数高效地求解 $(2^{(n-1)})^{(m-1)} \mod INF$ 的值。如果 $k=-1$ 且 $(n+m)\%2\neq0$,则直接返回 $0$;否则继续执行快速幂逻辑。 ```cpp #include <iostream> using namespace std; const long long INF = 1e9 + 7; long long fast_pow(long long base, long long exp) { long long result = 1; base %= INF; while (exp > 0) { if (exp & 1) { result = (result * base) % INF; } base = (base * base) % INF; exp >>= 1; } return result; } int main() { long long n, m, k; cin >> n >> m >> k; if (k == -1 && (n + m) % 2 != 0) { cout << "0" << endl; return 0; } cout << fast_pow(fast_pow(2, n - 1), m - 1) << endl; return 0; } ``` 这段程序定义了一个通用的快速幂辅助函数 `fast_pow`,用于简化主流程中的幂运算部分[^2]。 --- #### 总结 以上两个例子展示了如何在不同场景下灵活运用快速幂技术解决问题。无论是简单的累加还是复杂的嵌套幂运算,都可以借助这一技巧显著提升性能。 ---
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