P6148 [USACO20FEB] Swapity Swapity Swap S

Farmer John 的 $N$ 头奶牛（ $1 \leq N \leq 10^{5}$ ）站成一排。对于每一个 $1 \leq i \leq N$ ，从左往右数第 $i$ 头奶牛的编号为 $i$ 。

Farmer John 想到了一个新的奶牛晨练方案。他给奶牛们 $M$ 对整数 $(L_{1}, R_{1}) \dots (L_{M}, R_{M})$ ，其中 $1 \leq M \leq 100$ 。他让她们重复以下包含 $M$ 个步骤的过程 $K$ （ $1 \leq K \leq 10^{9}$ ）次：

对于从 $1$ 到 $M$ 的每一个 $i$ ：

当前从左往右数在位置 $L_{i} \dots R_{i}$ 的奶牛序列反转她们的顺序。
当奶牛们重复这一过程 $K$ 次后，请对每一个 $1 \leq i \leq N$ 输出从左往右数第 $i$ 头奶牛的编号。

思路1:

首先看暴力，暴力 $O (n m k)$ ，非常的去世。

首先我们可以自然而然的想到用矩阵代表每一次变换（即代表一次 $(L_{i}, R_{i})$ ）的交换。

初始答案矩阵：

[\begin{matrix} 1 \\ 2 \\ 3 \\ ⋮ \\ n \end{matrix}]

那么对于一次交换 $(L_{i}, R_{i})$ 的转移，我们可以构造出转移矩阵：

[\begin{matrix} 1 & 0 & 0 & . . . & 0 \\ 0 & 1 & 0 & . . . & 0 \\ 0 & 0 & 1 & . . . & 0 \\ ⋮ & ⋮ & ⋮ & ([L_{i}, R_{i}]) & ⋮ \\ 0 & 0 & 0 & . . . & 1 \end{matrix}]

其中 $[L_{i}, R_{i}]$ 的子矩阵是：

[\begin{matrix} 0 & 0 & . . . & 0 & 1 \\ 0 & 0 & . . . & 1 & 0 \\ ⋮ & ⋮ & ⋱ & ⋮ & ⋮ \\ 0 & 1 & . . . & 0 & 0 \\ 1 & 0 & . . . & 0 & 0 \end{matrix}]

其中副斜对角线上的的值全为 $1$ .

转移矩阵表示的是其他元素不变, $(L_{i}, R_{i})$ 之间的元素全部交换.

那么我们只需要对 $m$ 个操作的矩阵全部乘起来,然后自乘 $k$ 次,最后在与答案矩阵相乘即可.

但是我们发现 $n \leq 1 e 5$ ,也就是说我们的转移矩阵的大小要是 $1 e 5 \times 1 e 5$ 的大小,不 $T L E$ 也得 $M L E$ .

我们发现,转移矩阵的每一行,每一列都只对应着一个 $1$ .

则我们可以把这个矩阵压缩成 $1 \times 1 e 5$ 的矩阵:

[\begin{matrix} 1 \\ 2 \\ 3 \\ ⋮ \\ \overset{⏞}{R_{i}} \\ R_{i} - 1 \\ ⋮ \\ L_{i} + 1 \\ \underset{⏟}{L_{i}} \\ R_{i} + 1 \\ ⋮ \\ n \end{matrix}]

第 $i$ 行的元素代表了原转移矩阵第 $i$ 行中的 $1$ 在第几列.

那么我们转移矩阵的相乘就可以变成: (其中 $a n s$ 是答案矩阵, $a, b$ 是转移矩阵.)

a \times b : a n s_{i} = b_{a_{i}}

矩阵的自乘就会变为:

a^{2} : a n s_{i} = a_{a_{i}}

这样看就很简单了,我们定义 MATRIX 结构体,在里面重载运算符实现 $^{'} \times^{'}$ 运算即可.

$c o d e :$

#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;
const int MAXN = 1e5 + 7;
const int MAXM = 105;
int n,m,k;
struct OPERATE{
	int l,r;
}op[MAXM];
struct MATRIX{
	int a[MAXN];
	void init(){ for(int i = 1;i <= n;i++) a[i] = i; }
	MATRIX operator*(const MATRIX &other){
		MATRIX ans;
		int res[MAXN];
		for(int i = 1;i <= n;i++) res[i] = other.a[i];
		for(int i = 1;i <= n;i++) ans.a[i] = res[a[i]];
		return ans;
	}
	void print_ans(){ for(int i = 1;i <= n;i++) cout << a[i] << endl; }
}op_matrix[MAXM];
MATRIX anss;
MATRIX qpow(MATRIX a,int x){
	MATRIX res;
	res.init();
	while(x){
		if(x & 1) res = a * res;
		a = a * a;
		x >>= 1;
	}	
	return res;
}
int main(){
	ios::sync_with_stdio(false);
	cin.tie(0);
	cin >> n >> m >> k;
	for(int i = 1;i <= m;i++){
		cin >> op[i].l >> op[i].r;
		for(int j = op[i].l;j <= op[i].r;j++) op_matrix[i].a[op[i].r - (j - op[i].l)] = j;
		for(int j = 1;j <= n;j++) if(op_matrix[i].a[j] == 0) op_matrix[i].a[j] = j;
	}
	anss.init();
	for(int i = 1;i <= m;i++) anss = op_matrix[i] * anss;
	anss = qpow(anss,k);
	anss.print_ans();
	return 0;
}