HDOJ 2842 - Chinese Rings

Matrix Multiplication (& Quick Power) 


Description

中国环……

中国环是一串环,你要解开第n个环的话,必须先将前n – 2个环脱下来,第 n – 1个环仍在串上,然后才可以去脱下或者串上第n个环。

第1个环可以随便操作。

输入环的数量n。

输出最少几步可以把所有环都脱下来。


Type

Matrix Multiplication

Quick Power


Analysis

这种题一看就欠打表。

欠打表的题一般都是递推。

所以这题是递推……

我们设f(x)为把前x个的环脱下来的最少步骤,f(n)就是我们要求的解。

然后我们来思考,如何推出f(x)。

要把前x个环脱下来,就要先把前x – 2个环脱下来,然后脱下第x个环,这一步要花费f(x – 2) + 1步。

然后我们要考虑如何把第x + 1个环脱下来。

由于一个环可以脱下来的时候,也可以套上去,这个过程可逆。

所以,我们可以花费f(x – 2)步,把前x – 2个环套上去。

这时候我们发现,我们的任务转化为如何把前x – 1个环脱下来,即f(x – 1)。

这时候,便得到我们的递推公式: f(x) = f(x – 2) + 2 * f(x – 1) + 1

由于n很大,我们应该用矩阵乘法 + 快速幂求解。


Solution

// HDOJ 2842
// Chinese Rings
// by A Code Rabbit

#include <cstdio>
#include <cstring>

const int MAXO = 3;
const int MOD = 200907;

template <typename T>
struct Matrix {
    T e[MAXO][MAXO];
    int o;
    Matrix(int ord) { memset(e, 0, sizeof(e)); o = ord; }
    Matrix operator*(const Matrix& one) {
        Matrix res(o);
        for (int i = 0; i < o; i++)
            for (int j = 0; j < o; j++)
                for (int k = 0; k < o; k++)
                    res.e[i][j] += e[i][k] * one.e[k][j];
        return res;
    }
    Matrix operator%(int mod) {
        for (int i = 0; i < o; i++)
            for (int j = 0; j < o; j++)
                e[i][j] %= mod;
        return *this;
    }
};

template <typename T>
T QuickPower(T rdx, int exp, int mod) {
    T res = rdx;
    exp--;
    while (exp) {
        if (exp & 1) res = res * rdx % mod;
        exp >>= 1;
        rdx = rdx * rdx % mod;
    }
    return res;
}

int n;

int original_solution[] = {
    2, 1, 1,
};

int main() {
    while (scanf("%d", &n) && n) {
        Matrix<long long> mat_one(3);
        mat_one.e[0][0] = 1;
        mat_one.e[0][1] = 1;
        mat_one.e[1][0] = 2;
        mat_one.e[2][0] = 1;
        mat_one.e[2][2] = 1;
        if (n <= 2) {
            printf("%d\n", original_solution[2 - n]);
            continue;
        } else {
            Matrix<long long> mat_ans = QuickPower(mat_one, n - 2, MOD);
            int sum = 0;
            for (int i = 0; i < MAXO; ++i)
                sum += original_solution[i] * mat_ans.e[i][0];
            printf("%d\n", sum % MOD);
        }
    }

    return 0;
}

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