$\text{GYM}$ 链接:[[https://codeforces.com/gym/102644|Matrix Exponentiation]]
==== F - Min Path ====
给一个无向图,求包含 $k$ 条边的最小路径。
考虑 $\text{dp}$,定义 $f[i][j][k]$ 为从第 $i$ 个点出发经过 $k$ 条边到第 $j$ 个点的最短路。则会有如下的转移方程
$$f[i][j][k] = min_u\{f[i][u][k-1] + g[u][j]\}$$
但 $k$ 值很大,所以不能直接$\text{dp}$。因为取最小值的操作和乘法都满足结合律交换律,且上述形式和矩阵乘法类似,所以可以把矩阵乘法改写成上面的转移方程,再用矩阵快速幂加速。
#include
#define ALL(x) (x).begin(),(x).end()
#define ll long long
#define db double
#define ull unsigned long long
#define pii_ pair
#define mp_ make_pair
#define pb push_back
#define fi first
#define se second
#define rep(i,a,b) for(int i=(a);i<=(b);i++)
#define per(i,a,b) for(int i=(a);i>=(b);i--)
#define show1(a) cout<<#a<<" = "<>=1;
}return res;
}
};
int main()
{
fastio();
int m,k; cin>>n>>m>>k;
Matrix A;
while(m--){ int u,v,w;
cin>>u>>v>>w; u--,v--;
A.mat[u][v] = w;
}
A = A^k;
ll ans = INF;
rep(i,0,n-1) rep(j,0,n-1) ans = min(ans,A.mat[i][j]);
if(ans>1e18) cout<<"IMPOSSIBLE"<
\\
==== G - Recurrence With Square ====
求序列
$$a_i = c_1\cdot a_{i-1} + c_2\cdot a_{i-2} + \cdots + c_n\cdot a_{i-n} + p + i\cdot q + i^2 \cdot r$$
的第 $k$ 项,也就是归纳一般的线性递推式的矩阵构造方法。
/*
#pragma GCC optimize(2)
#pragma GCC optimize(3,"Ofast","inline")
*/
#include
#define ALL(x) (x).begin(),(x).end()
#define ll long long
#define db double
#define ull unsigned long long
#define pii_ pair
#define mp_ make_pair
#define pb push_back
#define fi first
#define se second
#define rep(i,a,b) for(int i=(a);i<=(b);i++)
#define per(i,a,b) for(int i=(a);i>=(b);i--)
#define show1(a) cout<<#a<<" = "<>=1;
}return res;
}
};
ll a[15];
int main()
{
fastio();
cin>>n>>k; k -= n-1;
rep(i,1,n) cin>>a[n-i+1]; a[n+1] = 1,a[n+2] = n,a[n+3] = n*n;
Matrix single;
rep(i,1,n+3) cin>>single.mat[1][i];
rep(i,2,n) single.mat[i][i-1] = 1;
single.mat[n+1][n+1] = 1;
single.mat[n+2][n+1] = single.mat[n+2][n+2] = 1;
single.mat[n+3][n+1] = 1,single.mat[n+3][n+2] = 2,single.mat[n+3][n+3] = 1;
Matrix total = single^k;
ll ans = 0;
rep(i,1,n+3) ans = (ans + total.mat[1][i]*a[i])%M;
cout<
\\
==== H - String Mood Updates ====
给一个只包含 $26$ 个大写字母或者 $?$ 的字符串。一开始 $Limak$ 的心情是好的,接着从左往右遍历,如果遇到 $AEIOU$ 中的字母则心情翻转,如果遇到 $H$ 则心情变好,如果遇到 $S$ 和 $D$ 则心情变差。字符 $?$ 可以是任何一种字母。
问遍历了字符串后,$Limak$ 的心情仍然是好的的情况有多少种。并且会给出 $q$ 次修改,每次修改某个位置的字符,并询问最后的结果。
如果没有修改则可以线性的 $dp$ 求解。在有修改的情况下,考虑 $dp$ 的过程是一个矩阵的乘法,即每个字母对应了一种矩阵,那修改就可以用线段树来维护了。
/*
#pragma GCC optimize(2)
#pragma GCC optimize(3,"Ofast","inline")
*/
#include
#define ALL(x) (x).begin(),(x).end()
#define ll long long
#define db double
#define ull unsigned long long
#define pii_ pair
#define mp_ make_pair
#define pb push_back
#define fi first
#define se second
#define rep(i,a,b) for(int i=(a);i<=(b);i++)
#define per(i,a,b) for(int i=(a);i>=(b);i--)
#define show1(a) cout<<#a<<" = "<>1;
build(id<<1,l,mid);build(id<<1|1,mid+1,r);
push_up(id);
}
void update(int id,int stl,int str,int pos,char o)
{
if(stl==str){
memset(tr[id].mat,0,sizeof(tr[id].mat));
if(o=='A' || o=='E' || o=='I' || o=='O' || o=='U'){
tr[id].mat[0][1] = tr[id].mat[1][0] = 1;
}else if(o=='H'){
tr[id].mat[0][0] = tr[id].mat[0][1] = 1;
}else if(o=='S' || o=='D'){
tr[id].mat[1][0] = tr[id].mat[1][1] = 1;
}else if(o=='?'){
tr[id].mat[0][0] = 19,tr[id].mat[0][1] = 6;
tr[id].mat[1][0] = 7,tr[id].mat[1][1] = 20;
}else {
tr[id].mat[0][0] = tr[id].mat[1][1] = 1;
}
return ;
}
int mid = (stl+str)>>1;
if(pos<=mid) update(id<<1,stl,mid,pos,o);
else update(id<<1|1,mid+1,str,pos,o);
push_up(id);
}
int main()
{
fastio();
cin>>n>>q>>s+1;
build(1,1,n);
cout<>pos>>o;
update(1,1,n,n-pos+1,o);
cout<
\\
==== I - Count Paths Queries ====
给一个有向图和 $q$ 次询问,每次询问是求 $s$ 到 $t$ 并经过 $k$ 条边的路径数。
因为 $n,q \le 200$,所以每次都用快速幂求一次是不行的。因为每次询问只要求特定两点之间的路径,所以很多乘法是没有意义的,考虑如何只维护矩阵的第 $s$ 行向量:
可以先倍增求出邻接矩阵的 $2$ 的幂次的幂次。然后每次询问时只需要维护第 $s$ 行的向量即可。
/*
#pragma GCC optimize(2)
#pragma GCC optimize(3,"Ofast","inline")
*/
#include
#define ALL(x) (x).begin(),(x).end()
#define ll long long
#define db double
#define ull unsigned long long
#define pii_ pair
#define mp_ make_pair
#define pb push_back
#define fi first
#define se second
#define rep(i,a,b) for(int i=(a);i<=(b);i++)
#define per(i,a,b) for(int i=(a);i>=(b);i--)
#define show1(a) cout<<#a<<" = "<>n>>m>>q;
while(m--){
int u,v; cin>>u>>v;
A[0].mat[u][v] = 1;
}
rep(i,1,30) A[i] = A[i-1]*A[i-1];
while(q--){ int s,t,k;
cin>>s>>t>>k;
rep(i,1,n) ans[i] = (i==s);
rep(b,0,30){
if((k>>b)&1){
rep(i,1,n) tmp[i] = 0;
rep(i,1,n) rep(j,1,n) tmp[i] = (tmp[i] + ans[j] * A[b].mat[j][i])%M;
rep(i,1,n) ans[i] = tmp[i];
}
}
cout<
\\