BZOJ 2467: [中山市选2010]生成树(矩阵树定理+取模高斯消元)

http://www.lydsy.com/JudgeOnline/problem.php?id=2467

题意:

BZOJ 2467: [中山市选2010]生成树(矩阵树定理+取模高斯消元)

思路:
要用矩阵树定理不难,但是这里的话需要取模,所以是需要计算逆元的,但是用辗转相减会更简单。

引用一大神博客里的介绍:http://blog.csdn.net/u013010295/article/details/47451451

值得一提的是,有些题目要求行列式模上一个数的结果。怎么求模意义下的行列式呢?这些题答案都比较大,用浮点数的话精度达不到要求,确实是一个问题。(显然强行用高精度分数类直接消元,最后再取模是可以的,但实现起来就复杂了)

我们注意到最后行列式是主对角线上的元素乘积再取模,根据同余定理,我们只需要对这些元素取模后的结果再相乘,就能得到相同的结果。因此我们可以采用在模意义下对矩阵消元的方法。然而消元过程中我们不可避免地要计算当前列的主元间的比值,这要用到除法;但另一方面,只有加法、减法、乘法操作才能保证同余,怎么在带有除法操作的条件下取模呢?

如果模的数是个质数(其实只需要模数和除数互质),对于除法我们可以直接变成乘上除数的逆元,根据费马小定理,这个逆元可以用快速幂简单求出来。如果模数不是质数,这就比较复杂了,我们在此介绍一种简单的方法。

我们知道,如果对于两个正数,不断地把较大的数减去较小的数,最后一定会有一个数为0。你可能已经知道,这就是辗转相减法的过程。同样地,我们对于矩阵中的两行,不断地把主元较大的那一行减去主元较小的那一行,最终一定有一行主元为0,也就是完成了消元(注意这里的减法是模意义下的减法)。而且这一过程是不改变行列式的。

(需要说明的是,一般情况下,矩阵中可能会有主元为负数的情况,这时我们简单的“大数减小数”显然是不行了。你可能会想到,要对正负数的各种情况判断一下,分别改为加法和减法操作。然而,这里我们讨论的是模意义下的矩阵消元,矩阵的元素都是正整数,并不存在这个问题。)

这样的减法效率还不够高,显然,如果两个主元相差太大,我们需要不断地用一行减去另一行。我们可以记录下两个主元相除的商x(这里用的是整数除法,当不能整除的时候向上向下取整都可以,由于计算机内部的整数除法实现,我们一般是向下取整,而且也符合我们取商的直觉,下面复杂度计算的是向下取整的做法),一次性用主元较大的行减去主元较小的行乘上x倍,这样效率就大大提高了。我们这样做的复杂度是多少呢?其实你也许已经发现,这一过程实际上就是辗转相除法,所以时间复杂度是O(log(n))的。

 #include<iostream>
#include<algorithm>
#include<cstring>
#include<cstdio>
#include<sstream>
#include<vector>
#include<stack>
#include<queue>
#include<cmath>
#include<map>
#include<set>
using namespace std;
typedef long long ll;
typedef pair<int,ll> pll;
const int INF = 0x3f3f3f3f;
const int maxn=+; int n;
int C[maxn][maxn]; int Gauss()
{ for(int i=;i<=n;i++)
for(int j=;j<=n;j++)
C[i][j]=(C[i][j]+)%; int ans=;
for(int i=;i<=n;i++) //当前行
{
for(int j=i+;j<=n;j++) //当前行之后的每一行
{
while(C[j][i]) //利用gcd的方法,不停地进行辗转相除
{
int tmp=C[i][i]/C[j][i];
for(int k=i;k<=n;k++) C[i][k]=(C[i][k]-tmp*C[j][k])%;
for(int k=i;k<=n;k++) swap(C[i][k],C[j][k]);
ans=-ans;
}
}
if(C[i][i]==) return ;
ans=(ans*C[i][i])%;
}
ans=(ans+)%;
return ans;
} int main()
{
//freopen("in.txt","r",stdin);
int T;
scanf("%d",&T);
while(T--)
{
memset(C,,sizeof(C));
scanf("%d",&n); int cnt=n;
for(int i=;i<=n;i++)
{
C[i][i]+=;
C[i][i%n+]+=-;
C[i][(i-)>=?i-:n]+=-;
}
for(int i=;i<=n;i++)
{
cnt++;
C[i][cnt]=C[cnt][i]+=-;
C[cnt][cnt]+=;
C[cnt][cnt+]+=-;
C[cnt+][cnt]+=-; cnt++;
C[cnt][cnt]+=;
C[cnt][cnt+]+=-;
C[cnt+][cnt]+=-; cnt++;
C[cnt][cnt]+=;
C[cnt][i%n+]+=-;
C[(i+)<=n?i+:][cnt]+=-;
}
n=cnt-;
printf("%d\n",Gauss());
}
return ;
}
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