Solution Set - 数学

A - Perpetual Subtraction

题意:一个数有pi的概率为i,一次操作将数随机变为小于等于它的数,为m次操作后变为每个数的概率。给出的最大数N(1N105),操作数M(0M1018)

首先有O(nm)的dp,fi,j为经过i此操作后为数j的概率,有转移fi,j=k>=jfi1,k×1k+1。明显可以矩阵优化为O(n3logm),有转移矩阵
答案为AmP

注意这个上三角矩阵,特征值为对角线

对应特征值λi=1i+1的特征向量为vi=((1)i+j(ij))j=0n(纵向量)

证明1W=Avi Wk=j=0nAk,jvi,j=j=ki(1)i+j(ij)1j+1=j=ki(1)i+ji!(ij)!j!(j+1)i+1i+1=1i+1j=ki(1)i+j(i+1j+1)=1i+1j=ki(1)i+j((ij)+(ij+1))=1i+1(j=ki(1)i+j(ij)+j=ki(1)i+j(ij+1))=1i+1(j=ki(1)i+j(ij)j=k+1i+1(1)i+j(ij))=1i+1(1)i+k(ik)=λivi,k

于是,我们有,每一纵列是一个特征向量

我们还需要Q的逆元,直接给出

证明2W=QQ1 Wi,j=k=0nQi,kQk,j1=k=0n(1)i+k(ki)(jk)=k=ij(1)i+kj!(jk)!(ki)!i!=j!i!(ji)!k=ij(1)i+k(jiki)=(ji)k=0ji(1)k(jik)=(ji)0ji Qi,k,Qk,j1都非0,要求ikj,所以当i>j时,Wi,j=0; 当i<j时,Wi,j=0;当i=j时,Wi,j=1

特征分解后我们有了Am=QΛmQ1,其中Λi,im=1(i+1)m可以O(nlogm)算出。答案为Q(Λm(Q1P)),用结合律从后向前算,因为P为纵向量,矩阵乘法为O(n2)

继续优化,发现QQ1可卷积,使用FFT可以达到O(nlogn)的复杂度

证明3W=Qx Wi=j=0nQi,jxj=j=in(1)i+j(ji)xj=(1)ii!j=in(1)jj!xj1(ji)!f(i)=(1)ii!xi,g(i)=1i!.Wi=(1)ii!j=inf(j)g(ji)
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