洛谷P3390【模板】矩阵快速幂——矩阵运算入门笔记
作为一个因为极度畏惧数学
而选择成为一名OIer的蒟蒻
终于还是迎来了要面对的这一天
一般题目中矩阵运算好像只用到矩阵乘法
(或许只是蒟蒻我做的题太少)
而且矩阵的乘法也是较难理解的一部分
所以就简单讲讲矩阵乘法
如图
矩阵A*B就是用A的每一行依次乘B的每一列
具体就是A的第i行中每一个数对应相乘B的第j列每个数
每个相乘所得结果相加
最后放置于C矩阵的第i行第j号位
所以矩阵乘法中A的列数必须等于B的行数
(虽然第一次看确实有些绕,但它用起来真的妙啊~妙啊~)
上一个矩阵A*B的代码
(这里以正方形矩阵为例)
for(ll i=1;i<=n;i++)//枚举A的每一行
for(ll j=1;j<=n;j++)//枚举B的每一列
for(ll k=1;k<=n;k++)//k既是A的列数,也是B的行数
C.a[i][j]+=A.a[i][k]*B.a[k][j];
这里运算的复杂度为O(n^3)
一般题目已经够用
有O(n^2.7)的算法太 太 太复杂
所以其实可以不用在意的啦
神奇的一点
矩阵乘法也是支持结合律的!!!
但是它不支持分配律
这是很重要的一点
因为这决定了他也同样可以快速幂
(你别告诉我不知道快速幂是什么 = = )
所以就先上一道最最基础的矩阵运算入门操作
题目传送门 啦~啦~啦~
题目描述
给定n*n的矩阵A,求A^k
输入输出格式
输入格式:
第一行,n,k
第2至n+1行,每行n个数,第i+1行第j个数表示矩阵第i行第j列的元素
输出格式:
输出A^k
共n行,每行n个数,第i行第j个数表示矩阵第i行第j列的元素,每个元素模10^9+7
输入样例
2 1
1 1
1 1
输出样例
1 1
1 1
说明
n<=100, k<=10^12, |矩阵元素|<=1000
这次具体解释看代码注释啦~啦~啦~
(不要吐槽我的蜜汁缩进)
#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<vector>
#include<queue>
#include<algorithm>
#include<cstring>
using namespace std;
typedef long long ll;
ll read()
{
ll f=1,x=0;
char ss=getchar();
while(ss<'0'||ss>'9'){if(ss=='-')f=-1;ss=getchar();}
while(ss>='0'&&ss<='9'){x=x*10+ss-'0';ss=getchar();}
return x*f;
}
void print(int x)
{
if(x<0){putchar('-');x=-x;}
if(x>9) print(x/10);
putchar(x%10+'0');
}
ll n,m;
ll ans;
const ll mod=1000000000+7;
struct node{ll a[110][110];}d;
//用结构体储存矩阵,以便调用快速幂后返回整个矩阵
node quick_pow(node f,ll k)
{
if(k==1) return f;
//若指数为1,则直接返回矩阵
else if(k%2==1)
{
//指数为奇数,返回k-1次方乘一次方
node temp=quick_pow(f,k-1);
node ans;
for(ll i=1;i<=n;i++)
for(ll j=1;j<=n;j++)
for(ll k=1;k<=n;k++)
ans.a[i][j]+=(f.a[i][k]*temp.a[k][j])%mod,ans.a[i][j]%=mod;
return ans;
}
else if(k%2==0)
{
//指数为偶数,计算矩阵的k/2次方,在返回平方
node temp=quick_pow(f,k/2);
node ans;
for(ll i=1;i<=n;i++)
for(ll j=1;j<=n;j++)
for(ll k=1;k<=n;k++)
ans.a[i][j]+=(temp.a[i][k]*temp.a[k][j])%mod,ans.a[i][j]%=mod;
return ans;
}
}
int main()
{
n=read();m=read();
for(ll i=1;i<=n;i++)
for(ll j=1;j<=n;j++)
d.a[i][j]=read();//读入初始矩阵
node ans=quick_pow(d,m);//快速幂
for(ll i=1;i<=n;i++)
{
for(ll j=1;j<=n;j++)
print(ans.a[i][j]),printf(" ");
printf("\n");
}
return 0;
}
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