2481. [HZOI 2016][POJ3233]矩陣冪之和
時間限制：2 s 內存限制：128 MB【題目描述】
給定一個n*n的矩陣A和一個正整數k，求S=A+A^2+A^3+...+A^k。
【輸入格式】
第一行三個正整數n,k,m。
以下n行，每行n個小於m的非負整數，表示矩陣A。
【輸出格式】
n行，每行n個數，表示矩陣S中的每個元素mod m的值。
【樣例輸入】
2 2 4 0 1 1 1
【樣例輸出】
1 2 2 3
【數據範圍與約定】
對於30%的數據，k<=10^5。
對於60%的數據，m<=10^8。
對於100%的數據，n<=30，k<=10^10，m<=10^18。
剛看這題想到了之前做的一道題，求得是一個數的A+A^2+A^3+...+A^k之和,那個可以用錯位相減和乘法逆元來搞，然而這個不行(難道逆矩陣？滑稽)。
首先我們把初始矩陣設爲A,單位矩陣設爲E,零矩陣設爲O,構造出這樣一個矩陣：
A E 一次冪： A^2 A+E 二次冪：A^3 A^2+A+E 三次冪： A^4 A^3+A^2+A+E
O E O E O E O E
那麼我們會驚奇的發現，這個矩陣的K+1次冪居然是E+A+A^2+A^3+...+A^k,那麼我們再減去一個E就是最終結果。(沒錯，就是矩陣套矩陣.) 這個題應該還有別的更快的做法，不過個人感覺好複雜的樣子。
注意：乘法爆long long，要處理一下。。。
代碼：
#include<cstdio>
#include<iostream>
#include<cstring>
#define mem(a,b) memset(a,b,sizeof(a))
using namespace std;
typedef long long ll;
int n;
ll K,ki;
inline ll mul(ll x,ll y){return (x*y-(ll)(x/(long double)ki*y+1e-3)*ki+ki)%ki;}
struct matrix
{ ll s[32][32];
matrix(){mem(s,0);}
void init(){mem(s,0);for(int i=0;i<n;i++) s[i][i]=1;}
void cl(){mem(s,0);}
friend matrix operator * (matrix x,matrix y)
{ matrix z;ll tmp;
for(int i=0;i<n;i++)
for(int j=0;j<n;j++)
for(int k=0;k<n;k++)
{ tmp=mul(x.s[i][k],y.s[k][j])%ki;
z.s[i][j]+=tmp;z.s[i][j]%=ki;
}
return z;
}
friend matrix operator + (matrix x,matrix y)
{ matrix z;
for(int i=0;i<n;i++)
for(int j=0;j<n;j++)
z.s[i][j]=(x.s[i][j]+y.s[i][j])%ki;
return z;
}
friend matrix operator - (matrix x,matrix y)
{ matrix z;
for(int i=0;i<n;i++)
for(int j=0;j<n;j++)
z.s[i][j]=(x.s[i][j]-y.s[i][j]+ki)%ki;
return z;
}
}A,E,O,fans;
struct matrix2
{ matrix s[4][4];
void cl(){for(int i=0;i<2;i++) for(int j=0;j<2;j++) s[i][j].cl();}
matrix2(){cl();}
void init(){for(int i=0;i<2;i++) s[i][i].init();}
friend matrix2 operator * (matrix2 x,matrix2 y)
{ matrix2 z;
for(int i=0;i<2;i++)
for(int j=0;j<2;j++)
for(int k=0;k<2;k++)
{ matrix tmp=x.s[i][k]*y.s[k][j];
z.s[i][j]=z.s[i][j]+tmp;
}
return z;
}
}B,ans;
int main()
{ freopen("matrix_sum.in","r",stdin);
freopen("matrix_sum.out","w",stdout);
scanf("%d%lld%lld",&n,&K,&ki);
ll tmp;E.init();ans.init();
for(int i=0;i<n;i++)
for(int j=0;j<n;j++)
{ scanf("%lld",&tmp);
A.s[i][j]=tmp;
}
B.s[0][0]=A;B.s[0][1]=E;B.s[1][0]=O;B.s[1][1]=E;
ll edg=K+1;
for(;edg;edg>>=1,B=B*B)
if(edg&1) ans=ans*B;
fans=ans.s[0][1]-E;
for(int i=0;i<n;i++)
{ printf("%lld",fans.s[i][0]);
for(int j=1;j<n;j++)
printf(" %lld",fans.s[i][j]);
putchar('\n');
}
return 0;
}