[HEOI2016/TJOI2016] 求和
\(\text{Problem}:\)[HEOI2016/TJOI2016]求和
\(\text{Solution}:\)
引理 \(1\):
\[{n\brace m}=\sum\limits_{i=0}^{m}\cfrac{(-1)^{m-i}i^{n}}{i!(m-i)!}
\]
可以用二项式反演证明。
大力推导 \(f(n)\):
\[\begin{aligned}
f(n)&=\sum\limits_{i=0}^{n}\sum\limits_{j=0}^{i}{i\brace j}\times 2^{j}\times j!\\
&=\sum\limits_{i=0}^{n}\sum\limits_{j=0}^{n}{i\brace j}\times 2^{j}\times j!\\
&=\sum\limits_{i=0}^{n}\sum\limits_{j=0}^{n}2^{j}\times j!\times \left(\sum\limits_{k=0}^{j}\cfrac{(-1)^{j-k}k^{i}}{k!(j-k)!}\right)\\
&=\sum\limits_{i=0}^{n}\sum\limits_{j=0}^{n}2^{j}\times \left(\sum\limits_{k=0}^{j}(-1)^{j-k}\binom{j}{k}k^{i}\right)
\end{aligned}
\]
发现 \(k^{i}\) 难以直接处理,考虑交换枚举顺序,有:
\[\begin{aligned}
f(n)&=\sum\limits_{j=0}^{n}\sum\limits_{k=0}^{j}2^{j}(-1)^{j-k}\binom{j}{k}\sum\limits_{i=0}^{n}k^{i}\\
&=\sum\limits_{j=0}^{n}2^{j}\times j!\sum\limits_{k=0}^{j}\cfrac{(-1)^{j-k}}{(j-k)!}\cdot\cfrac{1-k^{n+1}}{k!(1-k)}\\
&=\sum\limits_{j=0}^{n}2^{j}\times j!\sum\limits_{k=0}^{j}A_{j-k}\times B_{k}\\
&=\sum\limits_{j=0}^{n}2^{j}\times j!\times C_{j}
\end{aligned}
\]
注意 \(B_{1}=n+1\)。利用 \(\text{NTT}\) 可以在 \(O(n\log n)\) 在时间复杂度内解决本题。
\(\text{Code}:\)
#include <bits/stdc++.h>
#pragma GCC optimize(3)
//#define int long long
#define ri register
#define mk make_pair
#define fi first
#define se second
#define pb push_back
#define eb emplace_back
#define is insert
#define es erase
#define vi vector<int>
#define vpi vector<pair<int,int>>
using namespace std; const int N=300010, Mod=998244353;
inline int read()
{
int s=0, w=1; ri char ch=getchar();
while(ch<'0'||ch>'9') { if(ch=='-') w=-1; ch=getchar(); }
while(ch>='0'&&ch<='9') s=(s<<3)+(s<<1)+(ch^48), ch=getchar();
return s*w;
}
int n,A[N],B[N],ans;
int rev[N],T=1,r[24][2],fac[N+5],inv[N+5];
inline int ksc(int x,int p) { int res=1; for(;p;p>>=1, x=1ll*x*x%Mod) if(p&1) res=1ll*res*x%Mod; return res; }
inline void Get_Rev() { for(ri int i=0;i<T;i++) rev[i]=(rev[i>>1]>>1)|((i&1)?(T>>1):0); }
inline void NTT(int *s,int type)
{
for(ri int i=0;i<T;i++) if(rev[i]<i) swap(s[i],s[rev[i]]);
for(ri int i=2,cnt=1;i<=T;i<<=1,cnt++)
{
int wn=r[cnt][type];
for(ri int j=0,mid=(i>>1);j<T;j+=i)
{
for(ri int k=0,w=1;k<mid;k++,w=1ll*w*wn%Mod)
{
int x=s[j+k], y=1ll*w*s[j+mid+k]%Mod;
s[j+k]=(x+y)%Mod;
s[j+mid+k]=x-y;
if(s[j+mid+k]<0) s[j+mid+k]+=Mod;
}
}
}
if(!type) for(ri int i=0,inv=ksc(T,Mod-2);i<T;i++) s[i]=1ll*s[i]*inv%Mod;
}
signed main()
{
r[23][1]=ksc(3,119), r[23][0]=ksc(ksc(3,Mod-2),119);
for(ri int i=22;~i;i--) r[i][0]=1ll*r[i+1][0]*r[i+1][0]%Mod, r[i][1]=1ll*r[i+1][1]*r[i+1][1]%Mod;
fac[0]=1;
for(ri int i=1;i<=N;i++) fac[i]=1ll*fac[i-1]*i%Mod;
inv[N]=ksc(fac[N],Mod-2);
for(ri int i=N;i;i--) inv[i-1]=1ll*inv[i]*i%Mod;
n=read();
for(ri int i=0;i<=n;i++)
{
A[i]=((i&1)?(-1):(1))*inv[i];
if(A[i]<0) A[i]+=Mod;
if(!i) B[i]=1;
else if(i==1) B[i]=n+1;
else B[i]=1ll*(ksc(i,n+1)-1)*ksc(i-1,Mod-2)%Mod*inv[i]%Mod;
}
while(T<=n+n) T<<=1;
Get_Rev();
NTT(A,1), NTT(B,1);
for(ri int i=0;i<T;i++) A[i]=1ll*A[i]*B[i]%Mod;
NTT(A,0);
for(ri int i=0,pw=1;i<=n;i++) ans=(ans+1ll*fac[i]*pw%Mod*A[i]%Mod)%Mod, pw=pw*2%Mod;
printf("%d\n",ans);
return 0;
}
夜畔流离回,暗叹永无殿。
独隐万花翠,空寂亦难迁。
千秋孰能为,明灭常久见。
但得心未碎,踏遍九重天。