牛客ACM赛 B [小a的旅行计划 ]

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• 把\(n\)个数中选任意数分成\(a,b\)两个集合，集合无区别，要求不包含且有交，求方案数。\(n\leq 10^{13}\)
• 首先讨论\(a,b\)并集是否为全集：
• 若是全集，那答案即为\(S(n,3)*3\)，也就是\(n\)个有区别的小球放在\(3\)个无区别盒子内，然后枚举三个盒子哪一个是交集。
• 若不是，则答案为\(S(n,4)*C(4,2)*2\)，也就是\(n\)个有区别的小球放在\(4\)个无区别盒子内，然后枚举哪两个是补集和交集，两个可以换。
• 答案就是两个加起来，\(S(n,4)\)这么算：

\[S(n,4)=\frac {2^{n-1}-3^{n-1}+\frac {4^{n-1}-1}{3}}{2}
\]

• \(S(n,3)\)为：

\[\frac {3^{n-1}+1}{2}-2^{n-1}
\]

• 复杂度\(O(logn)\)

#include<bits/stdc++.h>
#define R register int
#define ll long long
using namespace std;
const int N=100001;
const int mod=1e8+7;
ll n,ans,res,inv2,inv3;
int gi(){
	R x=0,k=1;char c=getchar();
	while((c<'0'||c>'9')&&c!='-')c=getchar();
	if(c=='-')k=-1,c=getchar();
	while(c>='0'&&c<='9')x=(x<<3)+(x<<1)+c-'0',c=getchar();
	return x*k;
}
ll Qpow(ll x,ll y){
	ll ans=1,bas=x;
	while(y){
		if(y&1)ans=ans*bas%mod;
		bas=bas*bas%mod,y>>=1;
	}return ans;
}
int main(){
	cin>>n,inv2=Qpow(2,mod-2),inv3=Qpow(3,mod-2);
	ans=((inv2*(Qpow(3,n-1)+1)%mod-Qpow(2,n-1)+mod)%mod*3)%mod;
	res=(Qpow(4,n-1)-Qpow(3,n-1)+mod)%mod;
	res=(res+mod-(Qpow(4,n-1)-Qpow(2,n-1)))%mod;
	res=(res+inv3*(Qpow(4,n-1)-1)%mod);
	res=res*inv2%mod;
	cout<<(ans+res*12%mod)%mod<<endl;
	return 0;
}