ARC139F
等价于 \(F_{2}^m\) 里选出 \(n\) 个向量，求每种选择方案之和
枚举线性基大小 \(k\)，设其主元是 \(a_1\sim a_k\)，等价于让 \(n\) 个向量张成 \(k\) 维空间，
等价于数有多少个 \(n\) 行 \(k\) 列的满秩 \(01\) 矩阵，转置矩阵后变成有多少个 \(k\) 行 \(n\) 列 \(01\) 矩阵线性无关
也等价于 \(n\) 维空间选出 \(k\) 个向量彼此线性无关，方案数：
\[\prod_{i=0}^{k-1}({2^n-2^i})
\]
线性基最大异或和期望：主元必选，非主元可选可不选
\[\sum 2^{a_i}+\sum_{i=0}^{a_k-1}[\forall j,a_j\neq i]\frac{1}{2}2^i=\frac{1}{2}(2^{a_k+1}-1+\sum 2^{a_i})
\]
再有主元之后有多少个线性基，那么考虑填入，从低到高依次填入，那么有填法：
\[\prod2^{a_i-(i-1)}
\]
那么答案就是：
\[\begin{aligned}
&\sum_{k=0}^{\min(n,m)}\sum_{a_1\sim a_k}\prod_{i=0}^{k-1}({2^n-2^i})\frac{1}{2}\left(\sum 2^{a_i}+2^{a_k+1}-1 \right)\prod_{i=1}^{k}2^{a_i-(i-1)}\\
=&\sum_{k=0}^{\min(n,m)}\sum_{a_1\sim a_k}\prod_{i=0}^{k-1}({2^{n-i}-1})\frac{1}{2}\left(\sum 2^{a_i}+2^{a_k+1}-1 \right)\prod_{i=1}^{k}2^{a_i}\\
=&\sum_{k=0}^{\min(n,m)}\prod_{i=0}^{k-1}({2^{n-i}-1})\sum_{a_1\sim a_k}\left(\sum 2^{a_i}+2^{a_k+1}-1 \right)2^{-1+\sum a_i}\\
\end{aligned}
\]
问题就在于求出后面部分
对于 \(\sum_{a_1\sim a_k}2^{\sum a_i}=[x^k]\prod_{i=0}^{m-1}(1+2^{i}x)=2^{k(k-1)/2}·{m\choose k}_2\)
设 \(F(x)=\prod_{i=0}^{m-1}(1+2^ix)\)，则有：
\[F(2x)=\prod_{i=1}^{m}(1+2^ix)=\frac{F(x)·(1+2^mx)}{1+x}
\]
也就是 \((1+x)F(2x)=F(x)(1+2^mx)\implies 2^kf_k+2^{k+1}f_{k+1}=2^mf_{k}+f_{k+1}\)
我们得到 \(f_{k+1}=\frac{2^m-2^k}{2^{k+1}-1}f_k\)，又因为 \(f_0=1\)，所以有
\[f_n=\prod_{k=0}^{n-1}\frac{2^m-2^k}{2^{k+1}-1}=\prod_{k=0}^{n-1}\frac{2^k(2^{m-k}-1)}{2^{k+1}-1}=2^{n(n-1)/2}\prod_{k=0}^{n-1}\frac{2^{m-k}-1}{2^{n-k}-1}=2^{n(n-1)/2}{m\choose n}_2
\]
所以 \(-1\) 可以拿出来了。
再考虑 \(\sum_{a_1\sim a_k}2^{\sum a_i}·\sum 2^{a_i}\) 怎么弄，不妨设其为 \(F(m,k)\)
可以将其表达为 \(\sum 2^m-1-\sum_{\forall j,a_j\neq i} 2^i\)
而后面这一部分，事实上可以考虑按位统计贡献，也就是考虑选出 \(k+1\) 个元素时候，保留原本的 \(a_1\sim a_k\)，加入一个新的 \(j\)，式子也就变成了 \(\sum 2^{j+\sum a_i}\)
也就是：
\[\begin{aligned}
F(m,k)&=(2^m-1)2^{k(k-1)/2}{m\choose k}_2-\sum_{j=0}^{m-1}\sum_{a_1\sim a_k,j\neq a_i,\forall i}2^{j+\sum a_i}\\
&=(2^m-1)2^{k(k-1)/2}{m\choose k}_2-\sum _{a_1\sim a_{k+1}}{k+1\choose k}2^{\sum_{i=1}^{k+1} a_i}\\
&=(2^m-1)2^{k(k-1)/2}{m\choose k}_2-(k+1)2^{k(k+1)/2}{m\choose k+1}_2
\end{aligned}
\]
然后考虑 \(2^{a_k+1}2^{\sum a}\)
可以考虑枚举 \(a_k\)，有：
\[\begin{aligned}
&=\sum_{t=1}^m 2^t\sum_{a_1\sim a_k,a_k=t-1}2^{\sum a_i}\\
&=\sum_{t=1}^m2^{2t-1}\sum_{a_1\sim a_{k-1},a_{k-1}<t-1}2^{\sum a_i}\\
&=\sum_{t=1}^m2^{2t-1}2^{(k-1)(k-2)/2}{t-1\choose k-1}_2\\
&=2^{(k-1)(k-2)/2+1}\sum_{t=0}^{m-1}2^{2t}{t\choose k-1}_2\\
&=2^{(k-1)(k-2)/2+1}\sum_{t=0}^{m-1}(2^{t+1}·2^{t-k+1}·2^{k-2}){t\choose k-1}_2\\
&=2^{k(k-1)/2}\sum_{t=0}^{m-1}(2^{t+1}-1)2^{t-k+1}{t\choose k-1}_2+2^{t-k+1}{t\choose k-1}_2\\
&=2^{k(k-1)/2}\left({m\choose k}_2+\sum_{t=0}^{m-1}(2^{t+1}-1)2^{t-k+1}{t\choose k-1}_2\right)\\
\end{aligned}
\]
又因为：
\[{t\choose k}_q=\prod_{i=0}^{k-1}\frac{q^{t-i}-1}{q^{k-i}-1}\implies {t+1\choose k+1}_q={t\choose k}_q\frac{q^{t+1}-1}{q^{k+1}-1}
\]
所以有：
\[\begin{aligned}
&=2^{k(k-1)/2}\left({m\choose k}_2+\sum_{t=0}^{m-1}(2^{t+1}-1)2^{t-k+1}{t\choose k-1}_2\right)\\
&=2^{k(k-1)/2}\left({m\choose k}_2+(2^k-1)\sum_{t=0}^{m-1}2^{t-k+1}{t+1\choose k}_2\right)\\
&=2^{k(k-1)/2}\left({m\choose k}_2+(2^{k}-1)\sum_{t=1}^{m}2^{t-k}{t\choose k}_2\right)\\
&=2^{k(k-1)/2}\left({m\choose k}_2+(2^k-1){m+1\choose k+1}_2\right)
\end{aligned}
\]
全部回代，答案是：
\[\begin{aligned}
&=\sum_{k=0}^{\min(n,m)}\prod_{i=0}^{k-1}({2^{n-i}-1})\sum_{a_1\sim a_k}\left(\sum 2^{a_i}+2^{a_k+1}-1 \right)2^{-1+\sum a_i}\\
&=\sum_{k=0}^{\min(n,m)}\frac{1}{2}\prod_{i=0}^{k-1}({2^{n-i}-1})\times \\
&\left((2^m-1)2^{k(k-1)/2}{m\choose k}_2-(k+1)2^{k(k+1)/2}{m\choose k+1}_2-2^{k(k-1)/2}·{m\choose k}_2+ 2^{k(k-1)/2}\left({m\choose k}_2+(2^k-1){m+1\choose k+1}_2\right)\right)\\
&=\frac{1}{2}\sum_{k=0}^{\min(n,m)}\prod_{i=0}^{k-1}(2^{n-i}-1)2^{k(k-1)/2}\left({m\choose k}_2(2^{m+1}-2^{m-k}-1)-{m\choose k+1}_2(k2^k+1)\right)
\end{aligned}
\]
