数列

给定一个正整数 k k k,把所有 k k k的方幂及所有有限个互不相等的 k k k的方幂之和构成一个递增的序列,例如,当 k = 3 k=3 k=3时,这个序列是:

1 , 3 , 4 , 9 , 10 , 12 , 13 , … 1,3,4,9,10,12,13,… 1349101213

该序列实际上就是: 3 0 3^{0} 30 3 1 3^1 31 3 0 + 3 1 3^0+3^1 30+31 3 2 3^2 32 3 0 + 3 2 3^0+3^2 30+32 3 1 + 3 2 3^1+3^2 31+32 3 0 + 3 1 + 3 2 3^0+3^1+3^2 30+31+32,…
请你求出这个序列的第 N N N项的值(用 10 10 10进制数表示)。

例如,对于 k = 3 , N = 100 k=3,N=100 k=3N=100,正确答案应该是 981 981 981

输入格式
输入文件只有 1 1 1行,为 2 2 2个正整数,用一个空格隔开: k   N k N kN

输出格式
输出文件为计算结果,是一个正整数(在所有的测试数据中,结果均不超过 2.1 ∗ 1 0 9 ) 2.1∗10^9) 2.1109。(整数前不要有空格和其他符号)。

数据范围
3 ≤ k ≤ 15 , 10 ≤ N ≤ 1000 3≤k≤15,\\ 10≤N≤1000 3k15,10N1000
输入样例:

3 100

输出样例:

981

算法
(数学,二进制,位运算) O ( k l o g n ) O(klogn) O(klogn)
引理: 当 k ≥ 2 时 , k m > k 0 + k 1 + … + k m − 1 当 k≥2 时,k^m>k^0+k^1+…+k^{m−1} k2km>k0+k1++km1

证明:对 m m m由数学归纳法可证。

假设当 m = m 0 m=m_0 m=m0 时是正确的,那么当 m = m 0 + 1 m=m_0+1 m=m0+1 时:
k m 0 + 1 k^{m_0+1} km0+1 k m 0 k^{m_0} km0+ k m 0 k^{m_0} km0> k 0 + k 1 + … + k m 0 − 1 + k m 0 k^0+k^1+…+k^{m_0−1}+k^{m_0} k0+k1++km01+km0
接下来将序列中的每个数,唯一映射到一个二进制数:

如果第 i i i 个方幂存在,则二进制数的第 i i i 位为 1 1 1,否则为 0 0 0
由上述引理,序列中任意两数的大小关系,和映射成二进制数后的大小关系相同。
因此我们可以先求出第 n n n 个二进制数,然后再反射出原数即可。

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;
int k, n, ans;

int ksm(int a, int b) {
    int res = 1;
    while (b) {
        if (b & 1) res = res * a;
        a = a * a;
        b >>= 1;
    }
    return res;
}

int main() {
    scanf("%d%d", &k, &n);
    int i = 0;
    while (n) {
        if (n & 1) {
            ans += ksm(k, i);
        }
        i++;
        n >>= 1;
    }
    printf("%d\n", ans);
    return 0;
}
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