[BZOJ2655]calc-容斥原理-拉格朗日插值

本文介绍了一种求解特定条件下合法序列值之和的算法,通过容斥原理及自然数幂和问题解决方法,实现了高效计算。适用于竞赛编程及算法研究。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

calc

Description

一个序列a1,…,an是合法的,当且仅当:
长度为给定的n。
a1,…,an都是[1,A]中的整数。
a1,…,an互不相等。
一个序列的值定义为它里面所有数的乘积,即a1a2…an。
求所有不同合法序列的值的和。
两个序列不同当且仅当他们任意一位不一样。
输出答案对一个数mod取余的结果。

Input

  一行3个数,A,n,mod。意义为上面所说的。

Output

  一行结果。

Sample Input

9 7 10007

Sample Output

3611

HINT

数据规模和约定

0:A<=10,n<=10。
1..3:A<=1000,n<=20.
4..9:A<=10^9,n<=20
10..19:A<=10^9,n<=500。
全部:mod<=10^9,并且mod为素数,mod>A>n+1


蒟蒻完全不会伯努利数的做法,只会插值QWQ


思路:
考虑容斥,设f[i]f[i]表示长度为ii时的答案。
那么令s[i]=j=1aji,有一个简单的容斥:

f[i]=j=1i(1)j1(i1j1)(j1)!s[j]f[ij]f[i]=∑j=1i(−1)j−1(i−1j−1)(j−1)!s[j]f[i−j]

上式的含义是,枚举至少有多少个数相等,并容斥这种情况的贡献。

然后考虑s[i]s[i]的求法。
显然这是个自然数幂和问题。
根据差分提供的信息,s[i]s[i]是一个关于aai+1次多项式。
因此预处理s[i]s[i],对于每个s[i]s[i]进行一次O(n)O(n)的拉格朗日插值即可~

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

typedef long long ll;
const int N=509;
ll a,n,md;
ll fac[N],inv[N],f[N],s[N];

inline ll qpow(ll a,ll b)
{
    ll ret=1;
    while(b)
    {
        if(b&1)ret=ret*a%md;
        a=a*a%md;b>>=1;
    }
    return ret;
}

inline void init()
{
    fac[0]=1;
    for(int i=1;i<N;i++)
        fac[i]=fac[i-1]*i%md;
    inv[N-1]=qpow(fac[N-1],md-2);
    for(int i=N-1;i>=1;i--)
        inv[i-1]=inv[i]*i%md;
}

inline ll b(ll k)
{
    static ll w[N],y[N],l,ans;

    for(int i=1;i<=k+2 && i<=a;i++)
        y[i]=qpow(i,k);
    for(int i=2;i<=k+2 && i<=a;i++)
        y[i]=(y[i]+y[i-1])%md;
    if(a<=k+2)return y[a];

    l=1;
    for(int i=1;i<=k+2;i++)
        l=l*(a-i)%md;
    for(int i=1;i<=k+2;i++)
        w[i]=(((k+2-i)&1?-1ll:1ll)*inv[i-1]*inv[k+2-i]%md+md)%md;

    ans=0;
    for(int i=1;i<=k+2;i++)
        (ans+=w[i]*qpow(a-i,md-2)%md*y[i]%md)%=md;
    return (ans*l%md+md)%md;
}

inline ll c(ll a,ll b)
{
    return fac[a]*inv[b]%md*inv[a-b]%md;
}

int main()
{
    scanf("%lld%lld%lld",&a,&n,&md);
    init();

    f[0]=1;
    for(int i=1;i<=n;i++)
    {
        s[i]=b(i);
        for(int j=1;j<=i;j++)
            (f[i]+=(j&1?1:-1)*c(i-1,j-1)*s[j]%md*f[i-j]%md*fac[j-1]%md+md)%=md;
    }

    printf("%lld\n",f[n]);
    return 0;
}
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