【HDU】4291 A Short problem 矩阵快速幂

短问题与循环节求解

A Short problem

Time Limit: 2000/1000 MS (Java/Others)    Memory Limit: 32768/32768 K (Java/Others)
Total Submission(s): 1486    Accepted Submission(s): 540


Problem Description
  According to a research, VIM users tend to have shorter fingers, compared with Emacs users.
  Hence they prefer problems short, too. Here is a short one:
  Given n (1 <= n <= 1018), You should solve for
g(g(g(n))) mod 109 + 7

  where
g(n) = 3g(n - 1) + g(n - 2)

g(1) = 1

g(0) = 0

 

Input
  There are several test cases. For each test case there is an integer n in a single line.
  Please process until EOF (End Of File).
 

Output
  For each test case, please print a single line with a integer, the corresponding answer to this case.
 

Sample Input
  
0 1 2
 

Sample Output
  
0 1 42837
 

Source
2012 ACM/ICPC Asia Regional Chengdu Online

传送门:【HDU】4291 A Short problem


题目分析:
mod1 = 1e9 + 7 ,g(x) = 3 * g(x - 1) + g(x - 2)
首先暴力找循环节,先对外层g(x)%mod1,设a = g(1),b = g(0),则如果循环到i的时候g(i) == a && g(i-1) == b则x的循环节就是mod2 = i - 1。
那么对任意的x%mod2后带入g函数中与原样带入是等价的。
接下来设x = f(y),然后对该层f(y)%mod2,同样设a = f(1),b = f(0),则同样循环到j的时候满足f(j) == a && f(j-1) == b则y的循环节是mod3 = j - 1。
那么对于任意的y%mod3后带入f函数中与原样带入依旧等价。
所以我们得到了两个循环节再加上最初的mod1就构成了三重循环节。
所以,g(g(g(n)))%mod1 = g(g(g(n)%mod3)%mod2)%mod1。
其中
mod1 = 1000000007 ;
mod2 = 222222224 ;
mod3 = 183120 ;
问题得到完美解决~

代码如下:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <algorithm>
using namespace std ;

#define REP( i , n ) for ( int i = 0 ; i < n ; ++ i )

typedef long long LL ;

const int MOD1 = 1000000007 ;
const int MOD2 = 222222224 ;
const int MOD3 = 183120 ;
const int MAXN = 2 ;

struct Matrix {
	int mat[MAXN][MAXN] ;
	int N ;
	
	Matrix () {}
	
	Matrix ( int n ) {
		N = n ;
		REP ( i , N )
			REP ( j , N )
				mat[i][j] = 0 ;
	}
	
	void init () {
		REP ( i , N )
			mat[i][i] = 1 ;
	}
	
	void build () {
		mat[0][0] = 3 ;
		mat[0][1] = 1 ;
		mat[1][0] = 1 ;
		mat[1][1] = 0 ;
	}
} ;

Matrix E , A ;

Matrix mul ( Matrix a , Matrix b , int mod ) {
	Matrix res = Matrix ( a.N ) ;
	REP ( i , a.N )
		REP ( j , a.N )
			REP ( k , a.N )
				res.mat[i][j] = ( res.mat[i][j] + ( LL ) a.mat[i][k] * b.mat[k][j] % mod ) % mod ;
	return res ;
}

LL pow ( LL k , int mod ) {
	Matrix res = E , tmp = A ;
	while ( k ) {
		if ( k & 1 )
			res = mul ( res , tmp , mod ) ;
		tmp = mul ( tmp , tmp , mod ) ;
		k >>= 1 ;
	}
	return  res.mat[0][0] ;
}

void work () {
	LL k ;
	E = Matrix ( 2 ) ;
	A = Matrix ( 2 ) ;
	E.init () ;
	A.build () ;
	while ( ~scanf ( "%I64d" , &k ) ) {
		if ( k >= 2 )
			k = pow ( k - 1 , MOD3 ) ;
		if ( k >= 2 )
			k = pow ( k - 1 , MOD2 ) ;
		if ( k >= 2 )
			k = pow ( k - 1 , MOD1 ) ;
		printf ( "%I64d\n" , k ) ;
	}
}

int main () {
	work () ;
	return 0 ;
}



### 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,适用于计算任意两点之间的最短路径。它的时间复杂度为 \( O(V^3) \),其中 \( V \) 表示节点的数量。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) { // 中间节点 for (int i = 1; i <= n; ++i) { // 起始节点 for (int j = 1; j <= n; ++j) { // 结束节点 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; } } // 输入边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(); // 输出起点到终点的最短距离 cout << (dist[1][n] >= INF ? -1 : dist[1][n]) << endl; } return 0; } ``` --- #### 关键点解析 1. **邻接矩阵初始化** 使用二维数组 `dist` 存储每一对节点间的最小距离。初始状态下,设所有节点对的距离为无穷大 (`INF`),而同一节点自身的距离为零[^4]。 2. **输入处理** 对于每条边 `(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边的影响[^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点优化其他两节点间的距离关系。具体而言,若从节点 \( i \) 到 \( j \) 可经由 \( k \) 达成更优解,则更新对应位置的值[^4]。 4. **边界条件** 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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