POJ 3150 Cellular Automaton 矩陣乘法+二分
這題對我來說太難啦,看了報告半天才弄明白是咋回事。
高手們的解題報告相當飄逸。我來寫一個造福菜鳥的。
首先來看一下Sample里的第一組數(shù)據(jù)。
1 2 2 1 2
經(jīng)過一次變換之后就成了
5 5 5 5 4
它的原理就是
a0 a1 a2 a3 a4
->
(a4+a0+a1) (a0+a1+a2) (a1+a2+a3) (a2+a3+a4) (a3+a4+a0)
如果用矩陣相乘來描述,那就可以表述為1xN和NxN的矩陣相乘,結(jié)果仍為1xN矩陣
a = 1 2 2 1 2
b =
1 1 0 0 1
1 1 1 0 0
0 1 1 1 0
0 0 1 1 1
1 0 0 1 1
a * b = 5 5 5 5 4
所以最終結(jié)果就是:a * (b^k)
線性代數(shù)不合格的同鞋表示壓力很大。。
對一個NxN矩陣求k次方,而且這個k很大,N也不小,怎么辦?
所以有高手觀察到了,這個矩陣長得有點特殊,可以找到一些規(guī)律:
b^1 =
[1, 1, 0, 0, 1]
[1, 1, 1, 0, 0]
[0, 1, 1, 1, 0]
[0, 0, 1, 1, 1]
[1, 0, 0, 1, 1]
b^2 =
[3, 2, 1, 1, 2]
[2, 3, 2, 1, 1]
[1, 2, 3, 2, 1]
[1, 1, 2, 3, 2]
[2, 1, 1, 2, 3]
b^3 =
[7, 6, 4, 4, 6]
[6, 7, 6, 4, 4]
[4, 6, 7, 6, 4]
[4, 4, 6, 7, 6]
[6, 4, 4, 6, 7]
b^4 =
[19, 17, 14, 14, 17]
[17, 19, 17, 14, 14]
[14, 17, 19, 17, 14]
[14, 14, 17, 19, 17]
[17, 14, 14, 17, 19]
發(fā)現(xiàn)神馬沒有。就是無論是b的幾次冪,都符合A[i][j] = A[i-1][j-1]
高手說是這樣推倒出來地:
““”
利用矩陣A,B具有a[i][j]=A[i-1][j-1],B[i][j]=B[i-1][j-1](i-1<0則表示i-1+n,j-1<0則表示j-1+n)
我們可以得出矩陣C=a*b也具有這個性質(zhì)
C[i][j]=sum(A[i][t]*B[t][j])=sum(A[i-1][t-1],B[t-1][j-1])=sum(A[i-1][t],B[t][j-1])=C[i-1][j-1]
“”“
這樣就可以開一個N大小的數(shù)組來存放每次計算的結(jié)果了。而沒必要用NxN。
N的問題解決了,但是k還是很大,怎么辦?
這時候可以用二分法來求b^k
b^k = b^1 * b^4 * b^16 。。。
計算過程中,必定會出現(xiàn)數(shù)字大于M的情況。
切記 x*y = (x%M)*(y%M)
最后,經(jīng)過多次優(yōu)化,這題的代碼居然被高手寫成了如下的一小坨,實在是。。給力哇
高手們的解題報告相當飄逸。我來寫一個造福菜鳥的。
首先來看一下Sample里的第一組數(shù)據(jù)。
1 2 2 1 2
經(jīng)過一次變換之后就成了
5 5 5 5 4
它的原理就是
a0 a1 a2 a3 a4
->
(a4+a0+a1) (a0+a1+a2) (a1+a2+a3) (a2+a3+a4) (a3+a4+a0)
如果用矩陣相乘來描述,那就可以表述為1xN和NxN的矩陣相乘,結(jié)果仍為1xN矩陣
a = 1 2 2 1 2
b =
1 1 0 0 1
1 1 1 0 0
0 1 1 1 0
0 0 1 1 1
1 0 0 1 1
a * b = 5 5 5 5 4
所以最終結(jié)果就是:a * (b^k)
線性代數(shù)不合格的同鞋表示壓力很大。。
對一個NxN矩陣求k次方,而且這個k很大,N也不小,怎么辦?
所以有高手觀察到了,這個矩陣長得有點特殊,可以找到一些規(guī)律:
b^1 =
[1, 1, 0, 0, 1]
[1, 1, 1, 0, 0]
[0, 1, 1, 1, 0]
[0, 0, 1, 1, 1]
[1, 0, 0, 1, 1]
b^2 =
[3, 2, 1, 1, 2]
[2, 3, 2, 1, 1]
[1, 2, 3, 2, 1]
[1, 1, 2, 3, 2]
[2, 1, 1, 2, 3]
b^3 =
[7, 6, 4, 4, 6]
[6, 7, 6, 4, 4]
[4, 6, 7, 6, 4]
[4, 4, 6, 7, 6]
[6, 4, 4, 6, 7]
b^4 =
[19, 17, 14, 14, 17]
[17, 19, 17, 14, 14]
[14, 17, 19, 17, 14]
[14, 14, 17, 19, 17]
[17, 14, 14, 17, 19]
發(fā)現(xiàn)神馬沒有。就是無論是b的幾次冪,都符合A[i][j] = A[i-1][j-1]
高手說是這樣推倒出來地:
““”
利用矩陣A,B具有a[i][j]=A[i-1][j-1],B[i][j]=B[i-1][j-1](i-1<0則表示i-1+n,j-1<0則表示j-1+n)
我們可以得出矩陣C=a*b也具有這個性質(zhì)
C[i][j]=sum(A[i][t]*B[t][j])=sum(A[i-1][t-1],B[t-1][j-1])=sum(A[i-1][t],B[t][j-1])=C[i-1][j-1]
“”“
這樣就可以開一個N大小的數(shù)組來存放每次計算的結(jié)果了。而沒必要用NxN。
N的問題解決了,但是k還是很大,怎么辦?
這時候可以用二分法來求b^k
b^k = b^1 * b^4 * b^16 。。。
計算過程中,必定會出現(xiàn)數(shù)字大于M的情況。
切記 x*y = (x%M)*(y%M)
最后,經(jīng)過多次優(yōu)化,這題的代碼居然被高手寫成了如下的一小坨,實在是。。給力哇
#include<iostream>
using namespace std;
int n,m,d,k;
void mul(long long a[],long long b[])
{
int i,j;
long long c[501];
for(i=0;i<n;++i)for(c[i]=j=0;j<n;++j)c[i]+=a[j]*b[i>=j?(i-j):(n+i-j)];
for(i=0;i<n;b[i]=c[i++]%m);
}
long long init[501],tmp[501];
int main()
{
int i,j;
scanf("%d%d%d%d",&n,&m,&d,&k);
for(i=0;i<n;++i)scanf("%I64d",&init[i]);
for(tmp[0]=i=1;i<=d;++i)tmp[i]=tmp[n-i]=1;
while(k)
{
if(k&1)mul(tmp,init);
mul(tmp,tmp);
k>>=1;
}
for(i=0;i<n;++i)if(i)printf(" %I64d",init[i]);else printf("%I64d",init[i]);
printf("\n");
return 0;
}
using namespace std;
int n,m,d,k;
void mul(long long a[],long long b[])
{
int i,j;
long long c[501];
for(i=0;i<n;++i)for(c[i]=j=0;j<n;++j)c[i]+=a[j]*b[i>=j?(i-j):(n+i-j)];
for(i=0;i<n;b[i]=c[i++]%m);
}
long long init[501],tmp[501];
int main()
{
int i,j;
scanf("%d%d%d%d",&n,&m,&d,&k);
for(i=0;i<n;++i)scanf("%I64d",&init[i]);
for(tmp[0]=i=1;i<=d;++i)tmp[i]=tmp[n-i]=1;
while(k)
{
if(k&1)mul(tmp,init);
mul(tmp,tmp);
k>>=1;
}
for(i=0;i<n;++i)if(i)printf(" %I64d",init[i]);else printf("%I64d",init[i]);
printf("\n");
return 0;
}
posted on 2011-02-08 16:07 糯米 閱讀(3174) 評論(3) 編輯 收藏 引用 所屬分類: POJ