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この問題n-thでは、フィボナッチ数列に類似した数列の要素を生成する必要があります。nただし、非常に大きいため（1 <= n <= 10 ^ 9）、少し注意が必要です。答えは1000000007を法とします。シーケンスは次のように定義されます。
ここに画像の説明を入力してください

母関数を使用して、次の式を取得します。 ここに画像の説明を入力してください

シーケンスアプローチを使用すると、答えはモジュロになる可能性がありますが、実行速度は非常に遅くなります。実際、私はtime limit exceed何度も手に入れました。また、テーブルを使用していくつかの初期値（キャッシュ）を事前に生成しようとしましたが、それでも十分な速度ではありませんでした。また、array/vector（C ++）に格納できる要素の最大数が10 ^ 9に比べて少なすぎるため、このアプローチも機能しないと思います。
直接式を使用すると、非常に高速に実行されますが、それだけnは小さいです。大きい場合n、doubleは切り捨てられます。さらに、モジュロは整数でのみ機能するため、その数値で回答を変更することはできません。
私はアイデアを使い果たしました、そして私はこの問題を回避するための非常に素晴らしいトリックがあるに違いないと思います、残念ながら私はただそれを考えることができません。どんなアイデアでも大歓迎です。

これが私の最初のアプローチです：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <cmath>
#include <cassert>
#include <bitset>
#include <fstream>
#include <iomanip>
#include <set>
#include <stack>
#include <sstream>
#include <cstdio>
#include <map>
#include <cmath>

using namespace std;

typedef unsigned long long ull;

ull count_fair_coins_by_generating_function(ull n) {
    n--;
    return 
        (sqrt(3.0) + 1)/((sqrt(3.0) - 1) * 2 * sqrt(3.0)) * pow(2 / (sqrt(3.0) - 1), n * 1.0) 
        +
        (1 - sqrt(3.0))/((sqrt(3.0) + 1) * 2 * sqrt(3.0)) * pow(-2 / (sqrt(3.0) + 1), n * 1.0);
}

ull count_fair_coins(ull n) {
    if (n == 1) {
        return 1;
    }
    else if (n == 2) {
        return 3;
    }
    else {
        ull a1 = 1;
        ull a2 = 3;
        ull result;
        for (ull i = 3; i <= n; ++i) {
            result = (2*a2 + 2*a1) % 1000000007;
            a1 = a2;
            a2 = result;
        }

        return result;
    }
}

void inout_my_fair_coins() {
    int test_cases;
    cin >> test_cases;

    map<ull, ull> cache;
    ull n;
    while (test_cases--) {
        cin >> n;
        cout << count_fair_coins_by_generating_function(n) << endl;
        cout << count_fair_coins(n) << endl;
    }
}

int main() {
    inout_my_fair_coins();
    return 0;
}

更新tskuzzyコンテストが終わったので、興味のある人のためのアイデアに 基づいてソリューションを投稿しました。もう一度、ありがとうtskuzzy。ここで元の問題ステートメントを表示できます。http： //www.codechef.com/problems/CSUMD
まず、それらの確率を把握し1 coin、2 coin次にいくつかの初期値を取得してシーケンスを取得する必要があります。完全な解決策はここにあります： 

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <cmath>
#include <cassert>
#include <bitset>
#include <fstream>
#include <iomanip>
#include <set>
#include <stack>
#include <sstream>
#include <cstdio>
#include <map>
#include <cmath>

using namespace std;

typedef unsigned long long ull;

const ull special_prime = 1000000007;

/*
    Using generating function for the recurrence:
           | 1                     if n = 1
    a_n =  | 3                     if n = 2
           | 2a_{n-1} + 2a_{n-2}     if n > 2

    This method is probably the fastest one but it won't work 
    because when n is large, double just can't afford it. Plus,
    using this formula, we can't apply mod for floating point number.
    1 <= n <= 21
*/
ull count_fair_coins_by_generating_function(ull n) {
    n--;
    return 
        (sqrt(3.0) + 1)/((sqrt(3.0) - 1) * 2 * sqrt(3.0)) * pow(2 / (sqrt(3.0) - 1), n * 1.0) 
        +
        (1 - sqrt(3.0))/((sqrt(3.0) + 1) * 2 * sqrt(3.0)) * pow(-2 / (sqrt(3.0) + 1), n * 1.0);
}

/*
    Naive approach, it works but very slow. 
    Useful for testing.
*/
ull count_fair_coins(ull n) {
    if (n == 1) {
        return 1;
    }
    else if (n == 2) {
        return 3;
    }
    else {
        ull a1 = 1;
        ull a2 = 3;
        ull result;
        for (ull i = 3; i <= n; ++i) {
            result = (2*a2 + 2*a1) % 1000000007;
            a1 = a2;
            a2 = result;
        }

        return result;
    }
}

struct matrix_2_by_2 {
    ull m[2][2];
    ull a[2][2];
    ull b[2][2];

    explicit matrix_2_by_2(ull a00, ull a01, ull a10, ull a11) {
        m[0][0] = a00;
        m[0][1] = a01;
        m[1][0] = a10;
        m[1][1] = a11;
    }

    matrix_2_by_2 operator *(const matrix_2_by_2& rhs) const {
        matrix_2_by_2 result(0, 0, 0, 0);
        result.m[0][0] = (m[0][0] * rhs.m[0][0]) + (m[0][1] * rhs.m[1][0]);
        result.m[0][1] = (m[0][0] * rhs.m[0][1]) + (m[0][1] * rhs.m[1][1]);
        result.m[1][0] = (m[1][0] * rhs.m[0][0]) + (m[1][1] * rhs.m[1][0]);
        result.m[1][1] = (m[1][0] * rhs.m[0][1]) + (m[1][1] * rhs.m[1][1]);
        return result;
    }

    void square() {
        a[0][0] = b[0][0] = m[0][0];
        a[0][1] = b[0][1] = m[0][1];
        a[1][0] = b[1][0] = m[1][0];
        a[1][1] = b[1][1] = m[1][1];

        m[0][0] = (a[0][0] * b[0][0]) + (a[0][1] * b[1][0]);
        m[0][1] = (a[0][0] * b[0][1]) + (a[0][1] * b[1][1]);
        m[1][0] = (a[1][0] * b[0][0]) + (a[1][1] * b[1][0]);
        m[1][1] = (a[1][0] * b[0][1]) + (a[1][1] * b[1][1]);
    }

    void mod(ull n) {
        m[0][0] %= n;
        m[0][1] %= n;
        m[1][0] %= n;
        m[1][1] %= n;
    }

    /*
        exponentiation by squaring algorithm
                | 1                    if n = 0 
                | (1/x)^n              if n < 0 
        x^n =   | x.x^({(n-1)/2})^2    if n is odd
                | (x^{n/2})^2          if n is even

        The following algorithm calculate a^p % m
        int modulo(int a, int p, int m){
            long long x = 1;
            long long y = a; 

            while (p > 0) {
                if (p % 2 == 1){
                    x = (x * y) % m;
                }

                // squaring the base
                y = (y * y) % m; 
                p /= 2;
            }

            return x % c;
        }

        To apply for matrix, we need an identity which is
        equivalent to 1, then perform multiplication for matrix 
        in similar manner. Thus the algorithm is defined 
        as follows:
    */
    void operator ^=(ull p) {
        matrix_2_by_2 identity(1, 0, 0, 1);

        while (p > 0) {
            if (p % 2) {
                identity = operator*(identity);
                identity.mod(special_prime);
            }

            this->square();
            this->mod(special_prime);
            p /= 2;
        }

        m[0][0] = identity.m[0][0];
        m[0][1] = identity.m[0][1];
        m[1][0] = identity.m[1][0];
        m[1][1] = identity.m[1][1];
    }

    friend
    ostream& operator <<(ostream& out, const matrix_2_by_2& rhs) {
        out << rhs.m[0][0] << ' ' << rhs.m[0][1] << '\n';
        out << rhs.m[1][0] << ' ' << rhs.m[1][1] << '\n';
        return out;
    }
};

/*
    |a_{n+2}| = |2 2|^n  x |3| 
    |a_{n+1}|   |1 0|      |1|
*/
ull count_fair_coins_by_matrix(ull n) {
    if (n == 1) {
        return 1;
    } else {
        matrix_2_by_2 m(2, 2, 1, 0);
        m ^= (n - 1);
        return (m.m[1][0] * 3 + m.m[1][1]) % 1000000007;
    }
}

void inout_my_fair_coins() {
    int test_cases;
    scanf("%d", &test_cases);

    ull n;
    while (test_cases--) {
        scanf("%llu", &n);
        printf("%d\n", count_fair_coins_by_matrix(n));
    }
}

int main() {
    inout_my_fair_coins();
    return 0;
}
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2 に答える 2

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行列指数の観点からシーケンスの項を書くことができます：

ここに画像の説明を入力してください

これは、二乗による指数化を使用してすばやく評価できます。O(log n)これは、時間の制約内で問題を十分に解決するはずの解決策につながります。

将来の参考のために、大きな数で乗算を行う必要がある場合（1000000007を法として答えが取られるため、この状況には適用されません）、カラツバアルゴリズムを調べる必要があります。これにより、サブ二次時間の乗算が得られます。

于 2012-07-08T07:52:25.417 に答える
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ここで考えてみてください。count_fair_coins関数のDuffのデバイスを見てください。これにより、ループが自動的に展開され、その関数が高速化されます。

母関数でsqrtを事前計算することは、速度を上げる最も簡単な方法のようです。これは、1回のパウコールと定数の乗算になります。sqrtを高速化する別の方法は、除算を削除して逆乗算を使用することですが、nが非常に大きい場合は、ごくわずかな最適化で高速化できる場合があります。

于 2012-07-08T07:18:25.227 に答える