BZOJ.5339.[TJOI2018]教科书般的亵渎(拉格朗日插值)

BZOJ
洛谷

题意的一点说明:
\(k\)次方这个\(k\)是固定的,也就是最初需要多少张亵渎,每次不会改变;
因某个怪物死亡引发的亵渎不会计分。

不难发现当前所需的张数是空格数+1,即\(m+1\)
贡献不妨写成:\(\sum_{i=1}^ni^{m+1}-\sum_{i=1}^mA_i^{m+1}\)。注意此时的\(A_i\)是剩下的空格(具体看代码最底下的暴力部分吧)。
所以问题在于求\(\sum_{i=1}^ni^{m+1}\)。自然数幂和有很多种求法。

这里写插值做法:
\(\sum_{i=1}^ni^{m}\)是一个以\(n\)为自变量的\(m+1\)次多项式,我们代入\(m+2\)个点就可以用拉格朗日插值求出来\(f(n)\)了。
代入点的\(x\)值连续,就可以用前缀积、后缀积和阶乘将拉格朗日插值优化到\(O(n)\)计算单点函数值(具体见下面)。
复杂度\(O(Tm^2)\)


写一下拉格朗日插值的式子及实现(具体见这里这里):
\[f(x)=\sum_{i=0}^ny_i\prod_{j\neq i}\frac{x-x_i}{x_i-x_j}\]

\(x_i\)\(i\)时:
\[f(x)=\sum_{i=0}^ny_i\prod_{j\neq i}\frac{x-i}{i-j}\]

对于\(x\),预处理前缀积、后缀积:\(pre_j=\prod_{i=0}^jx-x_i,\;suf_j=\prod_{i=j}^nx-x_i\)
不难发现上面式子的分子就是前缀积乘后缀积,分母是两个阶乘相乘(注意会有符号问题)。所以就是:
\[f(x)=\sum_{i=0}^ny_i\frac{pre_{i-1}\times suf_{i+1}}{i!\times(n-i)!}\]

就可以\(O(n)\)计算\(f(x)\)了。


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#include <cstdio>
#include <algorithm>
#define mod 1000000007
#define Mod(x) x>=mod&&(x-=mod)
#define Add(x,v) (x+=v)>=mod&&(x-=mod)
#define Add2(x,y) (x+y>=mod?x+y-mod:x+y)
typedef long long LL;
const int N=55;

int ifac[N],y[N];
LL A[N];

inline int FP(int x,int k)
{
    int t=1;
    for(; k; k>>=1,x=1ll*x*x%mod)
        if(k&1) t=1ll*t*x%mod;
    return t;
}
int F(const int x,const int m)//∑_{i=1}^x i^m 自变量为x的m+1次多项式 在x处的取值 
{
    static int pre[N],suf[N];
    const int lim=m+1;
    pre[0]=x, suf[lim+1]=1, Mod(suf[lim]);
    for(int i=1; i<=m; ++i) pre[i]=1ll*pre[i-1]*(x+mod-i)%mod;
    for(int i=lim; i; --i) suf[i]=1ll*suf[i+1]*(x+mod-i)%mod;
    LL ans=0;
    for(int i=0,up,down; i<=lim; ++i)
    {
        if(i) up=1ll*pre[i-1]*suf[i+1]%mod*y[i]%mod;
        else up=1ll*suf[i+1]*y[i]%mod;
        down=(lim-i)&1?mod-1ll*ifac[i]*ifac[lim-i]%mod:1ll*ifac[i]*ifac[lim-i]%mod;
        ans+=1ll*up*down%mod;
    }
    return ans%mod;
}

int main()
{
    ifac[N-1]=956708188;
    for(int i=N-1; i; --i) ifac[i-1]=1ll*ifac[i]*i%mod;

    int T;
    for(scanf("%d",&T); T--; )
    {
        LL n; int m; scanf("%lld%d",&n,&m), n%=mod;
        for(int i=1; i<=m; ++i) scanf("%lld",&A[i]);
        std::sort(A+1,A+1+m);
        for(int i=1; i<=m; ++i) A[i]%=mod;//sort后再取模!

        LL ans=0; ++m, y[0]=0;
        for(int i=1; i<=m+1; ++i) y[i]=y[i-1]+FP(i,m), Mod(y[i]);
        for(int t=0; t<m; ++t)
        {
            ans+=F(Add2(n,mod-A[t]),m);// for(int i=1; i<=n; ++i) ans+=FP(i,m);
            for(int i=t; i<m; ++i) ans-=FP(Add2(A[i],mod-A[t]),m);
        }
        printf("%lld\n",(ans%mod+mod)%mod);
    }
    return 0;
}
//BruteForce:
//      ++m;
//      for(int t=1; t<=m; ++t)
//      {
//          for(int i=1; i<=n; ++i) ans+=FP(i,m);
//          for(int i=t; i<m; ++i) ans-=FP(A[i],m);
//          for(int i=t+1; i<m; ++i) A[i]-=A[t];
//          n-=A[t];
//      }

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