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[bzoj1002][FJOI2007]輪狀病毒【高精度】【矩陣樹定理】

【題目描述】

Description

  輪狀病毒有很多變種,所有輪狀病毒的變種都是從一個輪狀基產生的。一個N輪狀基由圓環上N個不同的基原子
和圓心處一個核原子構成的,2個原子之間的邊表示這2個原子之間的資訊通道。如下圖所示

  N輪狀病毒的產生規律是在一個N輪狀基中刪去若干條邊,使得各原子之間有唯一的資訊通道,例如共有16個不
同的3輪狀病毒,如下圖所示

  現給定n(N<=100),程式設計計算有多少個不同的n輪狀病毒

Input

  第一行有1個正整數n

Output

  計算出的不同的n輪狀病毒數輸出

Sample Input

3

Sample Output

16

HINT

Source

【題解】

    據說可以矩陣樹定理暴力水過 qwq。

    考慮基爾霍夫矩陣的樣子:(n=5為例)

     5    -1    -1    -1    -1   -1

    -1     3    -1     0     0    -1

    -1    -1    3    -1     0     0

    -1     0    -1    3    -1     0

    -1     0     0    -1     3    -1

    -1    -1     0     0    -1     3

    我們考慮去掉第一行第一列的餘子式D。

    設G為D去掉左下角和右上角的-1的矩陣。

    顯然有G(n)=3*G(n-1)-G(n-2)

    ans(n)=3*G(n-1)-2*G(n-2)-2

    推導:3*G(n-1)為取最後一行一列的元素,2*G(n-2)為取左下右上或最後一行一列旁邊的兩個元素。

    -2為取一個左下(右上) 一個最後一行一列 旁邊的元素。剩下的矩陣為下三角矩陣,對角線上全為-1

    畫個圖會非常清晰。

/* --------------
    user Vanisher
    problem bzoj-1002 
----------------*/
# include <bits/stdc++.h>
# define 	ll 		long long
# define 	N 		110
using namespace std;
int read(){
	int tmp=0, fh=1; char ch=getchar();
	while (ch<'0'||ch>'9'){if (ch=='-') fh=-1; ch=getchar();}
	while (ch>='0'&&ch<='9'){tmp=tmp*10+ch-'0'; ch=getchar();}
	return tmp*fh;
}
struct number{
	int num[N];
}g[2],ans;
int n,f1=0,f2=1;
number operator *(int x, number a){
	int i;
	for (i=1; i<=a.num[0]; i++)
		a.num[i]=a.num[i]*x;
	for (i=1; i<=a.num[0]||a.num[i]!=0; i++)
		a.num[i+1]+=a.num[i]/10, a.num[i]%=10;
	a.num[0]=i-1;
	return a;
}
number operator -(number a, number b){
	int i,j=1;
	for (i=1; i<=b.num[0]; i++)
		a.num[i]-=b.num[i];
	for (i=1; i<=a.num[0]; i++){
		if (a.num[i]<0) a.num[i+1]--, a.num[i]+=10;
		if (a.num[i]>0) j=i;
	}
	a.num[0]=j;
	return a;
}
number operator -(number a, int b){
	int i,j=1;
	a.num[1]-=b; 
	for (i=1; i<=a.num[0]; i++){
		if (a.num[i]<0) a.num[i+1]-=1, a.num[i]+=10;
		if (a.num[i]>0) j=i;
	}
	a.num[0]=j;
	return a;
}
int main(){
	n=read();
	if (n<3){
		if (n==1) printf("1\n");
		if (n==2) printf("5\n");
		return 0;
	}
	g[f1].num[0]=1; g[f1].num[1]=3;
	g[f2].num[0]=1; g[f2].num[1]=8;
	for (int i=3; i<n; i++){
		g[f1]=3*g[f2]-g[f1];
		swap(f1,f2);
	}
	ans=3*g[f2]-2*g[f1]-2;
	for (int i=ans.num[0]; i>=1; i--)
		printf("%d",ans.num[i]);
	printf("\n");
	return 0;
}