P2561 [AHOI2002]黑白瓷砖 gxy001

看到染色旋转翻转,我们就可以猜到这道题需要使用 Pólya 定理( ó : Alt + 243 )。

Pólya 定理

\[l=\frac 1 {\mid G\mid}\sum_{k=1}^{\mid G \mid}m^{c(p_k)}\]

$G={p_1,p_2,\cdots}$ 为 $N$ 个对象的置换群,$c(p_k)$ 为置换 $p_k$ 的循环数,$l$ 为 $m$ 种颜色染 $N$ 个对象的方案数。

分析

显然,在此题中 $\mid G \mid=6$,分别为单位元,由旋转得到的两种,由翻转得到的三种,可以观察出既旋转又翻转得到的置换包括在上述六种中。又由黑白染色得出 $m=2$,瓷砖大小 $N=\frac{n\times(n+1)}{2}$。

代入公式,我们可以发现仅剩 $c(p_k)$ 没有求出,思考循环的含义:

\[\bigg(^{a_1\ a_2\ a_3\ \cdots\ a_n}_{a_n\ a_1\ a_2\ \cdots\ a_{n-1}}\bigg)=(1\ 2\ 3\ \cdots\ n)\]
  • 我们可以发现,单位元的循环数量显然为 $N$;

  • 而对于旋转产生的两种置换,一个点在旋转 $120^\circ$ 后定然与另一点重合,在旋转三次后回到原位,共经过三个位置,那么每一个循环的大小就为 $3$,循环数量为 $\lceil\frac N 3\rceil$,注意向上取整,原因——在某些情况下(如 $n=4$),存在不动的中心点,其循环大小为 $1$;

  • 对于翻转来说,除了对称轴上的 $\lceil\frac n 2\rceil$ 个点,其余均为两两交换,循环大小为 $2$,循环数量为 $\frac {N-\lceil\frac n 2\rceil} 2+\lceil\frac n 2\rceil$。

结论

\[ans=\frac 1 6(2^N+2\times 2^{\lceil\frac N 3\rceil}+3\times2^{(\frac {N-\lceil\frac n 2\rceil} 2+\lceil\frac n 2\rceil)})\] \[N=\frac{n\times(n+1)}{2}\]

代码

注意:此题需要高精度,但可以不用快速幂。

#include<cstdio>//for IO
#include<cstring>//for memset
#include<utility>//for std::swap
int n,bs,xz,fz;//单位元,旋转,翻转 
struct bign{
	static const int base=10000;
	int a[60],l;
	bign():l(){//init
		memset(a,0,sizeof(a));
	}
	int& operator [](int x){
		return a[x];
	}
	const int& operator [](int const&x)const{
		return a[x];
	}
	friend bign operator + (bign x,bign y){
		bign ans;
		if(x.l<y.l)std::swap(x,y);
		ans[0]=0;
		for(ans.l=0;ans.l<x.l||ans[ans.l];++ans.l){
			ans[ans.l]+=x[ans.l]+y[ans.l];
			if(ans[ans.l]>base)ans[ans.l+1]=1,ans[ans.l]-=base;
			else ans[ans.l+1]=0;
		}
		return ans;
	}
	friend bign operator *(bign x,int y){
		bign ans;
		ans[0]=0;
		for(ans.l=0;ans.l<x.l||ans[ans.l];++ans.l){
			ans[ans.l]+=x[ans.l]*y;
			if(ans[ans.l]>base)ans[ans.l+1]=ans[ans.l]/base,ans[ans.l]%=base;
			else ans[ans.l+1]=0;
		}
		return ans;
	}
	friend bign operator /(bign x,int y){
		for(int i=x.l-1;~i;--i){
			if(i)x[i-1]+=(x[i]%y)*base;
			x[i]/=y;
		}
		while(x.l&&!x[x.l-1])x.l--;
		return x;
	}
	void output(void){
		printf("%d",a[l-1]);
		for(int i=l-2;~i;--i)
			printf("%04d",a[i]);
	}
}bsp,fzp,xzp,res;
int main(){
	scanf("%d",&n);
	bs=n*(n+1)/2;
	fz=(bs-(n+1)/2)/2+(n+1)/2;
	xz=(bs+2)/3;
//ans=(pow(2,bs)+pow(2,fz)*3+pow(2,xz)*2)/6
	bsp[0]=1,bsp.l=1;
	for(int i=1;i<=bs;i++)bsp=bsp*2;
	fzp[0]=1,fzp.l=1;
	for(int i=1;i<=fz;i++)fzp=fzp*2;
	fzp=fzp*3;
	xzp[0]=1,xzp.l=1;
	for(int i=1;i<=xz;i++)xzp=xzp*2;
	xzp=xzp*2;
	res=(bsp+fzp+xzp)/6;
	res.output();
	return 0;
}

最后,如有错误,请在评论指出。