[ARC165E] Random Isolation
Problem Statement
There is a tree with $N$ vertices numbered $1$ to $N$. The $i$-th edge connects vertices $A_i$ and $B_i$.
Let us keep performing the following operation until each connected component of the graph has $K$ or fewer vertices.
- From the $N$ vertices, choose one uniformly at random that belongs to a connected component with $K+1$ or more vertices. Delete all edges with the chosen vertex as an endpoint.
Find the expected value of the number of times the operation is performed, modulo $998244353$.
How to print an expected value modulo $\text{mod }{998244353}$
It can be proved that the sought expected value is always a rational number. Additionally, under the constraints of this problem, it can also be proved that when that value is represented as an irreducible fraction $\frac{P}{Q}$, we have $Q \not \equiv 0 \pmod{998244353}$. Thus, there is a unique integer $R$ such that $R \times Q \equiv P \pmod{998244353}, 0 \leq R < 998244353$. Report this $R$.
Constraints
- $1 \leq K < N \leq 100$
- $1 \leq A_i,B_i \leq N$
- The given graph is a tree.
- All input values are integers.
期望题首先有个经典转换:消掉连通块大于等于 $K$ 的限制,然后当我选到了一个小于 $K$ 的点就不管继续选,这样子答案是不会变的。
考虑一个大小为 \(n\),与其相邻的有 \(m\) 个点的连通块,在某一时刻操作出来的概率是 \(\frac{(n+m)!}{n!m!}\),而这些概率之和就是期望。
用树形 dp 求出来一共有多少个大小为 \(n\),与其相连的点有 \(m\) 个的连通块,分别计算即可。
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int P=998244353,N=105;
int n,k,u,v,sz[N],in[N],jc[N],iv[N],inv[N],dp[N][N][N],hd[N],ans,e_num,f[N][N];
struct edge{
int v,nxt;
}e[N<<1];
void dfs(int x,int y)
{
dp[x][sz[x]=1][(bool)y]=1;
for(int v=hd[x];v;v=e[v].nxt)
{
if(e[v].v==y)
continue;
dfs(e[v].v,x);
for(int i=0;i<=sz[x];i++)
for(int j=0;j<=sz[x]+1;j++)
f[i][j]=dp[x][i][j],dp[x][i][j]=0;
for(int i=sz[x];~i;i--)
{
for(int j=sz[x];~j;j--)
{
for(int a=sz[e[v].v];a;a--)
for(int b=sz[e[v].v];b;b--)
(dp[x][i+a][j+b-1]+=f[i][j]*1LL*dp[e[v].v][a][b]%P)%=P;
(dp[x][i][j+1]+=f[i][j])%=P;
}
}
sz[x]+=sz[e[v].v];
}
for(int i=k+1;i<=sz[x];i++)
for(int j=0;j<=sz[x];j++)
(ans+=jc[i]*1LL*jc[j]%P*iv[i+j]%P*dp[x][i][j]%P)%=P;
/*for(int i=0;i<=sz[x];i++)
for(int j=0;j<=sz[x];j++)
if(dp[x][i][j])
printf("%d %d %d %d\n",x,i,j,dp[x][i][j]);*/
}
void add_edge(int u,int v)
{
in[u]++;
e[++e_num]=(edge){v,hd[u]};
hd[u]=e_num;
}
int main()
{
scanf("%d%d",&n,&k);
jc[0]=jc[1]=iv[0]=iv[1]=inv[1]=1;
for(int i=2;i<N;i++)
{
jc[i]=1LL*jc[i-1]*i%P;
inv[i]=1LL*(P-P/i)*inv[P%i]%P;
iv[i]=1LL*iv[i-1]*inv[i]%P;
}
for(int i=1;i<n;i++)
scanf("%d%d",&u,&v),add_edge(u,v),add_edge(v,u);
dfs(1,0);
printf("%d",ans);
}
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