Solution -「CF 1056G」Take Metro

$\mathcal{Description}$

  Link.

  有 $n$ 个站台在一个圆环上，顺时针编号 $1\sim n$，其中 $1\sim m$ 号站台只能乘坐顺时针转的环线，其他车站只能乘坐逆时针转的环线。给定起点 $s$ 和参数 $t$，运动规则为：

1. 乘坐在 $s$ 站的环线，坐 $t$ 站，令 $s$ 为到达的站点；

2. 令 $t\leftarrow t-1$，若 $t>0$，返回第一步。

  求 $s$ 最终的值。

  $3\le n\le10^5$，$1\le t\le 10^{12}$。

$\mathcal{Solution}$

  想要倍增？参数 $t$ 每时每刻在变化，不可能直接倍增。

  但注意到运动是在环上，所以 $t$ 和 $(t\bmod n)$ 在当前一步运动所达到的效果是等价的，而且 $n$ 的范围能够接受，我们可以暴力模拟直到 $t$ 成为 $n$ 的倍数。

  接着再用倍增，我们需要求出从 $i~(i=1,2,\cdots,n)$ 出发，参数 $t=n$，运动完成后到达的点。不放令所有点编号 $-1$ 方便接下来使用 DP，令 $f(i,j)$ 表示从 $i$ 出发，参数 $t=j$，运动完成后到达的点。显然有转移

$$f(i,j)=\begin{cases} i&j=0\\ f(i+j,j-1)&i\in[0,m)\land j>0\\ f(i-j,j-1)&i\in[m,n)\land j>0 \end{cases}$$

其中第一维默认取$\bmod n$ 意义下的非负值。可见，我们仅需要支持对 $f(i)$ 这一维状态进行整段的提取和拼接，就能“整体 DP”出 $f(i+1)$ 的状态。

  用可持久化 treap 维护这一过程即可。注意 DP 中提取出的两段区间可能有大面积重叠，需要使用随机合并的方法实现 merge 操作，并且定期重构树并回收掉所有用于持久化的结点。

  求出 $f(i,n)$ 后，对其处理倍增数组即可回答询问。

  复杂度 $\mathcal O(n\log t)$，常数较大。

$\mathcal{Code}$

/* Clearink */

#include <cstdio>
#include <cassert>
#include <cstdlib>

#define rep( i, l, r ) for ( int i = l, rpbound##i = r; i <= rpbound##i; ++i )
#define per( i, r, l ) for ( int i = r, rpbound##i = l; i >= rpbound##i; --i )

typedef long long LL;

const int MAXN = 1e5, MAXLG = 39;
int n, m, s, f[MAXN + 5][MAXLG + 5], tf[MAXN + 5];
LL turn;

struct PersistentTreap {
	static const int MAXND = 4e7;
	int node, val[MAXND + 5], ch[MAXND + 5][2], siz[MAXND + 5];
	// nodes's id are 0-based.

	PersistentTreap() { srand( 20120712 ); }

	inline int crtnd( const int v ) {
		int u = node++;
		val[u] = v, ch[u][0] = ch[u][1] = -1, siz[u] = 1;
		return u;
	}

	inline void copy( const int u, const int v ) {
		val[u] = val[v], ch[u][0] = ch[v][0], ch[u][1] = ch[v][1];
		siz[u] = siz[v];
	}

	inline void pushup( const int u ) {
		siz[u] = 1 + ( ~ch[u][0] ? siz[ch[u][0]] : 0 )
			+ ( ~ch[u][1] ? siz[ch[u][1]] : 0 );
	}

	inline bool goleft( const int a, const int b ) {
		return rand() % ( a + b ) < a;
	}

	inline int merge( const int u, const int v ) {
		if ( !~u || !~v ) return ~u ? u : v;
		int w = crtnd( 0 );
		if ( goleft( siz[u], siz[v] ) ) {
			copy( w, u ), ch[w][1] = merge( ch[w][1], v );
		} else {
			copy( w, v ), ch[w][0] = merge( u, ch[w][0] );
		}
		return pushup( w ), w;
	}

	inline void rsplit( const int u, const int k, int& x, int& y ) {
		if ( !~u ) return void( x = y = -1 );
		if ( !k || ( ~ch[u][0] && k <= siz[ch[u][0]] ) ) {
			assert( node < MAXND );
			copy( y = crtnd( 0 ), u );
			rsplit( ch[y][0], k, x, ch[y][0] );
			pushup( y );
		} else {
			assert( node < MAXND );
			copy( x = crtnd( 0 ), u );
			rsplit( ch[x][1],
				k - ( ~ch[u][0] ? siz[ch[u][0]] : 0 ) - 1, ch[x][1], y );
			pushup( x );
		}
	}

	inline int rebuild( const int l, const int r, const int* arr ) {
		if ( l > r ) return -1;
		int mid = l + r >> 1, u = crtnd( arr[mid] );
		ch[u][0] = rebuild( l, mid - 1, arr );
		ch[u][1] = rebuild( mid + 1, r, arr );
		return pushup( u ), u;
	}

	inline void travel( const int u, int& idx, int* arr ) {
		if ( !~u ) return ;
		travel( ch[u][0], idx, arr );
		arr[idx++] = val[u];
		travel( ch[u][1], idx, arr );
	}
} trp;

inline int extract( const int rt, int l, int r ) {
	l = ( l % n + n ) % n, r = ( r % n + n ) % n;
	int x, y, z;
	if ( l <= r ) {
		trp.rsplit( rt, l, x, y );
		assert( trp.siz[y] >= r - l + 1 );
		trp.rsplit( y, r - l + 1, y, z );
		return y;
	} else {
		trp.rsplit( rt, r + 1, x, y );
		assert( trp.siz[y] >= l - r - 1 );
		trp.rsplit( y, l - r - 1, y, z );
		return trp.merge( z, x );
	}
}

int main() {
	scanf( "%d %d %d %lld", &n, &m, &s, &turn ), --s;
	for ( ; turn % n; --turn ) {
		s = ( s + ( s < m ? turn : -turn ) % n + n ) % n;
	}
	turn /= n;
	int rt = -1;
	rep ( i, 0, n - 1 ) rt = trp.merge( rt, trp.crtnd( i ) );
	rep ( i, 1, n ) {
		rt = trp.merge( extract( rt, i, i + m - 1 ),
			extract( rt, m - i, n - i - 1 ) );
		if ( !( i % 5000 ) ) {
			int tmp = 0;
			trp.travel( rt, tmp, tf );
			trp.node = 0, rt = trp.rebuild( 0, tmp - 1, tf );
		}
	}
	int tmp = 0;
	trp.travel( rt, tmp, tf );
	rep ( i, 0, n - 1 ) f[i][0] = tf[i];
	for ( int j = 1; 1ll << j <= turn; ++j ) {
		rep ( i, 0, n - 1 ) {
			f[i][j] = f[f[i][j - 1]][j - 1];
		}
	}
	for ( int j = 39; ~j; --j ) if ( ( turn >> j ) & 1 ) s = f[s][j];
	printf( "%d\n", s + 1 );
	return 0;
}