UOJ #269. 【清华集训2016】如何优雅地求和

UOJ #269. 【清华集训2016】如何优雅地求和

题目链接

给定一个\(m\)次多项式\(f(x)\)的\(m+1\)个点值：\(f(0)\)到\(f(m)\)。

然后求：

\[Q(f,n,x) = \sum_{k = 0}^{n}f(k){n\choose k}x^k(1 - x) ^{n - k} \pmod{998244353} \]

考虑一个很巧妙的变化：组合数多项式！

设：

\[f(n)=\sum_{i=0}^m\binom{n}{i}h_i \]

可以这么玩的原因是\(\binom{n}{m}\)其实是一个关于\(n\)的\(m\)次的多项式。因为\(\binom{n}{m}=\frac{\prod_{i=1}^m(n-i+1)}{m!}\)。

这就能理解为什么输入的是\(m+1\)个点值了，因为这样我们就能用二项式反演来求出\(h\)：

对于\(m<i\leq n\)，我们直接认为\(h_i=0\)，因为只需要\(m\)项的\(h\)就可以确定\(f\)了。

\[f(n)=\sum_{i=0}^n\binom{n}{i}h_i\\ \Rightarrow h_n=\sum_{i=0}^n (-1)^{n-i}\binom{n}{i}f_i \]

写成卷积形式：

\[\frac{h_n}{n!}=\sum_{i=0}^n\frac{(-1)^{n-i}}{(n-i)!}\frac{f_i}{i!} \]

再来算答案。

考虑对\(f\)的每一项计算：

\[\begin{align} Q(f,n,x) &=\sum_{i=0}^mh_i\sum_{k=i}^n\binom{k}{i}\binom{n}{k}x^k(1-x)^{n-k} \\ \end{align} \]

我们知道：

\[\binom{n}{i}\binom{i}{j}=\binom{n}{j}\binom{n-i}{i-j} \]

所以：

\[\begin{align} Q(f,n,x) &=\sum_{i=0}^mh_i\sum_{k=i}^n\binom{k}{i}\binom{n}{k}x^k(1-x)^{n-k} \\ &=\sum_{i=0}h_i\sum_{k=i}^n\binom{n}{i}\binom{n-i}{k-i}x^k(1-x)^{n-k}\\ &=\sum_{i=0}h_i\binom{n}{i}x^i \sum_{k=i}^n\binom{n-i}{k-i}x^{k-i}(1-x)^{n-k}\\ &=\sum_{i=0}h_i\binom{n}{i}x^i(x+1-x)^{n-i}\\ &=\sum_{i=0}h_i\binom{n}{i}x^i\\ \end{align} \]

代码：

#include<bits/stdc++.h>
#define ll long long
#define N 20005

using namespace std;
inline int Get() {int x=0,f=1;char ch=getchar();while(ch<'0'||ch>'9') {if(ch=='-') f=-1;ch=getchar();}while('0'<=ch&&ch<='9') {x=(x<<1)+(x<<3)+ch-'0';ch=getchar();}return x*f;}

const ll mod=998244353;
ll ksm(ll t,ll x) {
	ll ans=1;
	for(;x;x>>=1,t=t*t%mod)
		if(x&1) ans=ans*t%mod;
	return ans;
}
int n,m,x;
ll f[N];
void NTT(ll *a,int d,int flag) {
	static int rev[N<<2];
	static ll G=3;
	int n=1<<d;
	for(int i=0;i<n;i++) rev[i]=(rev[i>>1]>>1)|((i&1)<<d-1);
	for(int i=0;i<n;i++) if(i<rev[i]) swap(a[i],a[rev[i]]);
	for(int s=1;s<=d;s++) {
		int len=1<<s,mid=len>>1;
		ll w=flag==1?ksm(G,(mod-1)/len):ksm(G,mod-1-(mod-1)/len);
		for(int i=0;i<n;i+=len) {
			ll t=1;
			for(int j=0;j<mid;j++,t=t*w%mod) {
				ll u=a[i+j],v=a[i+j+mid]*t%mod;
				a[i+j]=(u+v)%mod;
				a[i+j+mid]=(u-v+mod)%mod;
			}
		}
	}
	if(flag==-1) {
		ll inv=ksm(n,mod-2);
		for(int i=0;i<n;i++) a[i]=a[i]*inv%mod;
	}
}

ll A[N<<2],B[N<<2];
ll H[N];
ll fac[N<<2],ifac[N<<2];
ll C(int n,int m) {return fac[n]*ifac[m]%mod*ifac[n-m]%mod;}
ll down[N];
ll CC(int n,int m) {
	if(!m) return 1;
	return down[m]*ifac[m]%mod;
}
int main() {
	n=Get(),m=Get(),x=Get();
	for(int i=0;i<=m;i++) f[i]=Get();
	fac[0]=1;
	for(int i=1;i<=m;i++) fac[i]=fac[i-1]*i%mod;
	ifac[m]=ksm(fac[m],mod-2);
	for(int i=m-1;i>=0;i--) ifac[i]=ifac[i+1]*(i+1)%mod;
	int d=ceil(log2(2*m+1));
	ll flag=1;
	for(int i=0;i<=m;i++,flag=flag*(mod-1)%mod) A[i]=flag*ifac[i]%mod;
	for(int i=0;i<=m;i++) B[i]=f[i]*ifac[i]%mod;
	NTT(A,d,1),NTT(B,d,1);
	for(int i=0;i<1<<d;i++) A[i]=A[i]*B[i]%mod;
	NTT(A,d,-1);
	for(int i=0;i<=m;i++) H[i]=A[i]*fac[i]%mod;
	ll ans=0;
	down[1]=n;
	for(int i=2;i<=m;i++) down[i]=down[i-1]*(n-i+1)%mod;
	for(int i=0;i<=m;i++) (ans+=H[i]*ksm(x,i)%mod*CC(n,i))%=mod;
	cout<<ans;
	return 0;
}