题意
我们定义长度为(n),每个数为(1sim m)之间的整数且(1sim m)都至少出现一次的序列为合法序列。再定义(pos(l,r))表示这个序列的区间([l,r])之间的最大值出现的位置(如果有多个取最左端),如果两个序列(A),(B)的所有(pos)值都相同,则(A)和(B)是同构的。问有多少不同构的合法序列。
(n,mleq 100000)。
题解
首先(n<m)显然是无解的。
考虑什么样的序列是同构的,那么我们首先要有一个能方便的表示区间最大值的位置的数据结构,那就是笛卡尔树。显然只要两个序列的笛卡尔树同构,这两个序列就同构。
那么关于(m)的限制应该怎么办呢?
由于有多个相同的算在最左边,因此可以发现在笛卡尔树中,每个点的左儿子的键值都小于这个点的键值,右儿子则是小于等于。那么如果这颗笛卡尔树要是合法的,就有一个必要条件:记(len(x))代表从根到节点(x)经过的走向左儿子的路径数量(简称为左链长度),那么对于任意的(x),有(len(x)<m)。
接下来我们证明在(ngeq m)时这是一个充分条件。考虑用满足条件的笛卡尔树构造一个合法序列,只需要先将最长的链中每个点赋值为(m-点的深度)(根的深度为(0)),接下来不断寻找最深的没有赋值的点,将其赋值为没有出现过的数中的最小值即可。剩下的点只需要赋值为(父亲的值-1)。易证这样一定可以得到一个合法序列。
于是我们只需要求(n)个点,左链长度不超过(m-1)的二叉树个数即可。
设(f_{i,j})表示(j)个点,左链长度不超过(i)的二叉树个数,考虑枚举左子树的大小,于是就有:
平凡情况有(f_{0,j}=1)。
那么将上式表达为卷积,就有:
等价于:
直接做似乎很不可做,但是通过这个式子我们可以得到(f_i)可以分解为(frac{a_i}{b_i}),其中(a_i),(b_i)是两个次数界为(O(i))的多项式,那么考虑求(a_i),(b_i):
于是就得到(a_i=b_{i-1}),(b_i=b_{i-1}-a_{i-1}x),将转移关系用矩阵来表示就得到:
那么可以通过矩阵快速幂来求(a_i),(b_i)。但是直接在矩阵中用多项式进行计算会很麻烦,因此不妨考虑用单位根代入求点值,用( m IDFT)插出多项式即可。复杂度(O(nlog n))。
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<algorithm>
using std::swap;
const int mod=998244353;
inline int add(int a,int b)
{
return (a+=b)>=mod?a-mod:a;
}
inline int sub(int a,int b)
{
return (a-=b)<0?a+mod:a;
}
inline int mul(int a,int b)
{
return (long long)a*b%mod;
}
inline int qpow(int a,int b)
{
int res=1;
for(;b;a=mul(a,a),b>>=1)
if(b&1)
res=mul(res,a);
return res;
}
const int N=1e6+5;
int rev[N];
inline void ntt(int *f,int n,int p)
{
int w,wi,u,t;
register int i,j,k;
for(i=0;i<n;i++)
if(i<(rev[i]=i&1?rev[i^1]|n>>1:rev[i>>1]>>1))
swap(f[i],f[rev[i]]);
for(i=1;wi=qpow(qpow(3,(mod-1)/(i<<1)),p^1?mod-2:1),i<<1<=n;i<<=1)
for(j=0;w=1,j<n;j+=i<<1)
for(k=0;k<i;w=mul(w,wi),k++)
u=f[j+k],t=mul(w,f[j+k+i]),f[j+k]=add(u,t),f[j+k+i]=sub(u,t);
if(!~p)
for(w=qpow(n,mod-2),i=0;i<n;i++)
f[i]=mul(w,f[i]);
return;
}
inline void poly_mul(int *f,int *g,int n)
{
register int i;
memset(f+n,0,sizeof(int)*n);
memset(g+n,0,sizeof(int)*n);
ntt(f,n<<1,1);f==g?void():ntt(g,n<<1,1);
for(i=0;i<n<<1;i++)
f[i]=mul(f[i],g[i]);
ntt(f,n<<1,-1);f==g?void():ntt(g,n<<1,-1);
return;
}
int F[N],G[N];
int _g[N];
inline void poly_inv(int *f,int n)
{
register int i,j;
memset(_g,0,sizeof(int)*n);
_g[0]=qpow(f[0],mod-2);
for(i=1;i<<1<=n;i<<=1)
{
memcpy(F,f,sizeof(int)*(i<<1));
memcpy(G,_g,sizeof(int)*i);
poly_mul(G,G,i);poly_mul(F,G,i<<1);
for(j=0;j<i<<1;j++)
_g[j]=sub(add(_g[j],_g[j]),F[j]);
}
memcpy(f,_g,sizeof(int)*n);
return;
}
int a[2][2],b[2][2],res[2][2];
inline void matrix_qpow(int p)
{
res[0][0]=res[1][1]=1;res[0][1]=res[1][0]=0;
for(;p;p>>=1)
{
if(p&1)
{
b[0][0]=add(mul(res[0][0],a[0][0]),mul(res[0][1],a[1][0]));
b[0][1]=add(mul(res[0][0],a[0][1]),mul(res[0][1],a[1][1]));
b[1][0]=add(mul(res[1][0],a[0][0]),mul(res[1][1],a[1][0]));
b[1][1]=add(mul(res[1][0],a[0][1]),mul(res[1][1],a[1][1]));
memcpy(res,b,sizeof(b));
}
b[0][0]=add(mul(a[0][0],a[0][0]),mul(a[0][1],a[1][0]));
b[0][1]=add(mul(a[0][0],a[0][1]),mul(a[0][1],a[1][1]));
b[1][0]=add(mul(a[1][0],a[0][0]),mul(a[1][1],a[1][0]));
b[1][1]=add(mul(a[1][0],a[0][1]),mul(a[1][1],a[1][1]));
memcpy(a,b,sizeof(b));
}
return;
}
int n,m;
int f[N],g[N];
signed main()
{
int _=1<<17,w=1,wi=qpow(3,(mod-1)/_);
register int i;
scanf("%d%d",&n,&m);
if(n<m)
return puts("0"),0;
for(i=0;i<_;i++)
{
a[0][0]=0;a[0][1]=1;a[1][0]=sub(0,w);a[1][1]=1;
matrix_qpow(m);
f[i]=add(res[0][0],res[0][1]);g[i]=add(res[1][0],res[1][1]);
w=mul(w,wi);
}
ntt(f,_,-1);ntt(g,_,-1);
poly_inv(g,_);
poly_mul(f,g,_);
printf("%d
",f[n]);
return 0;
}