CF 1097D Makoto and a Blackboard
算是记一下昨天晚上都想了些什么
官方题解 点我
简单题意
给定两个正整数$n$和$k$,定义一步操作为把当前的数字$n$等概率地变成$n$的任何一个约数,求$k$步操作后的期望数字,模$1e9 + 7$。
$$n \leq 10^{15}, k \leq 10^4$$
我的思路
设$f(n, k)$表示$n$在$k$步操作之后的期望数字,假设$n$的约数有$m$个,分别为$d_1, d_2, \dots, d_m$,有递推式
$$f(n, k) = \frac{1}{m}\sum_{i = 1}^{m}f(d_i, k - 1)$$
边界条件显然是$f(n, 0) = n$。
直接暴算的话一共有$n * k$个状态,无法承受。
接下来证明:$f(a, k) * f(b, k) = f(ab, k)$,(其中$a, b$互质)。
数学归纳法来了(逃)
1、$k = 0$的时候显然成立。
2、假设在$k - 1$的时候成立。
我们设$a$有$n$个约数,$b$有$m$个约数,因为约数个数$\sigma$是一个积性函数,所以$ab$的约数个数有$nm$个。
那么根据递推式,有
$$f(ab, k) = \frac{1}{nm}\sum_{d | ab}f(d, k - 1)$$
$$f(a, k) * f(b, k) = \frac{1}{n}\sum_{i | a}f(i, k - 1)\frac{1}{m}\sum_{j | b}f(j, k - 1) = \frac{1}{nm}\sum_{i | a}\sum_{j | b}f(i, k - 1) * f(j, k - 1)$$
要证$f(ab, k) = f(a, k) * f(b, k)$,
即证$\sum_{d | ab}f(d, k - 1) = \sum_{i | a}\sum_{j | b}f(i, k - 1) * f(j, k - 1)$,
右边的式子变形一下
$$\sum_{i | ab}\sum_{j | i \& j | a}f(j, k - 1) * f(\frac{i}{j}, k - 1)[gcd(j, \frac{i}{j} == 1)]$$
把$ab$分解质因数变成$\prod_{i = 1}^{m}p_i^{c_i}$的形式。
注意到$a$、$b$互质,那么$gcd(j, \frac{i}{j}) == 1$的时候其实只有一种,那就是$j$恰好取完了某个或某几个$p_i^{c_i}$的时候,这时候有$f(d, k - 1) = f(i, k - 1) * f(\frac{d}{i}, k - 1)[gcd(d, a) == i]$。
代进去之后发现两式相等了。
这样子的话我们就得到了$f$函数一个类似于积性的性质,于是我们可以直接把$n$分解成$\prod_{i = 1}^{m}p_i^{c_i}$的形式,然后分别计算每一个$p_i^{c_i}$的答案最后乘起来。
发现这样子状态数十分有限,只有$klogn$个,所以直接暴力算就可以了。
时间复杂度应当是$O(\sqrt{n} + klogn)$。
代码非常乱。
Code:
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <map>
#include <vector>
#include <algorithm>
#define rep(i, a, b) for (int i = (a); i <= (b); i++)
#define per(i, a, b) for (int i = (a); i >= (b); i--)
using namespace std;
typedef long long ll;
typedef pair <ll, int> pin; const ll P = 1e9 + ; ll ans = 1LL, g[][], inv[];
bool vis[][]; map <pin, ll> mp; template <typename T>
inline void inc(T &x, T y) {
x += y;
if (x >= P) x -= P;
} inline ll fpow(ll x, ll y) {
ll res = 1LL;
for (; y > ; y >>= ) {
if (y & ) res = res * x % P;
x = x * x % P;
}
return res;
} ll f(ll p, int m, int k) {
if (p == ) return 1LL;
if (k == ) return fpow(p, m);
if (vis[m][k]) return g[m][k]; vis[m][k] = ; ll res = ;
rep(i, , m) inc(res, f(p, i, k - ) * inv[m + ] % P); return g[m][k] = res;
} inline void solve(ll p, int m, int k) {
rep(i, , m) rep(j, , k) g[i][j] = , vis[i][j] = ;
ans = ans * f(p, m, k) % P;
} int main() {
// freopen("Sample.txt", "r", stdin);
// freopen("out.txt", "w", stdout); rep(i, , ) inv[i] = fpow(i, P - ); ll n; int k;
scanf("%I64d%d", &n, &k); ll tmp = n;
for (ll i = ; i * i <= n; i++) {
if (tmp % i == ) {
int m = ;
for (; tmp % i == ; tmp /= i, ++m);
solve(i, m, k);
}
}
if (tmp > ) solve(tmp, , k); printf("%I64d\n", ans);
return ;
}
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