计蒜客模拟赛D2T1 蒜头君的兔子:矩阵快速幂

题目链接:https://nanti.jisuanke.com/t/16442

题意:

  有个人在第一年送了你一对1岁的兔子。这种兔子刚生下来的时候算0岁,当它在2~10岁的时候,每年都会生下一对兔子,并且它在10岁那年生完兔子后就会挂掉。现在让你算出第t年兔子的总数(不算那一年10岁的兔子)。

题解:

  我们用一个1*10的矩阵代表某一年的兔子数量,第k列上的数字n代表今年有n只k岁的兔子。

  那么初始矩阵是这样的:

  计蒜客模拟赛D2T1 蒜头君的兔子:矩阵快速幂

  接下来考虑怎样构造特殊矩阵。

  有两个转移关系:

    第二年0岁的兔子数 = 第二年2~10岁的兔子数之和 = 今年1~9岁的兔子数之和

    第二年k (1<=k<=10) 岁的兔子数 = 今年k-1岁的兔子数

  也就是这样转移:

  计蒜客模拟赛D2T1 蒜头君的兔子:矩阵快速幂

  b[0] = a[1] + a[2] + ... + a[9]

  b[1] = a[0]

  b[2] = a[1]

  ...

  b[9] = a[8]

  b[10] = a[9]

  那么特殊矩阵也就出来了:

  计蒜客模拟赛D2T1 蒜头君的兔子:矩阵快速幂

  所以第t年的矩阵ans = 初始矩阵start * ( 特殊矩阵special ^ (t-1) )

  优化:由于在整个过程中根本没有用到每年10岁的兔子数量,所以可以省去初始矩阵的第10列,以及特殊矩阵的第10列&第10行。

AC Code:

#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define MAX_L 15
#define MOD 1000000007 using namespace std; struct Mat
{
int n;
int m;
long long v[MAX_L][MAX_L];
Mat()
{
memset(v,,sizeof(v));
n=;
m=;
}
}; int t;
long long sum=; Mat make_unit(int k)
{
Mat mat;
mat.n=k;
mat.m=k;
for(int i=;i<k;i++)
{
mat.v[i][i]=;
}
return mat;
} Mat make_start()
{
Mat mat;
mat.n=;
mat.m=;
mat.v[][]=;
return mat;
} Mat make_special()
{
Mat mat;
mat.n=;
mat.m=;
for(int i=;i<=;i++)
{
mat.v[i][]=;
mat.v[i-][i]=;
}
return mat;
} Mat mul_mat(const Mat &a,const Mat &b)
{
Mat c;
c.n=a.n;
c.m=b.m;
for(int i=;i<a.n;i++)
{
for(int j=;j<b.m;j++)
{
for(int k=;k<a.m;k++)
{
c.v[i][j]+=(a.v[i][k]*b.v[k][j])%MOD;
c.v[i][j]%=MOD;
}
}
}
return c;
} Mat quick_pow_mat(Mat mat,long long k)
{
Mat ans;
ans=make_unit(mat.n);
while(k)
{
if(k&)
{
ans=mul_mat(ans,mat);
}
k>>=;
mat=mul_mat(mat,mat);
}
return ans;
} void read()
{
cin>>t;
} void solve()
{
Mat start=make_start();
Mat special=make_special();
Mat ans=mul_mat(start,quick_pow_mat(special,t-));
for(int i=;i<=;i++)
{
sum=(sum+ans.v[][i])%MOD;
}
} void print()
{
cout<<sum<<endl;
} int main()
{
read();
solve();
print();
}
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