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No.2255 Determinant Sum

レベル : / 実行時間制限 : 1ケース 2.000秒 / メモリ制限 : 512 MB / 標準ジャッジ問題
タグ : / 解いたユーザー数 41
作問者 : shobonvipshobonvip / テスター : noya2noya2 👑 NachiaNachia
2 ProblemId : 9052 / 出題時の順位表 / 自分の提出
問題文最終更新日: 2023-03-24 04:35:24

問題文

素数 PP が与えられます。また、NN 次正方行列 AA が次のように与えられます。

A=(A1,1A1,2A1,NA2,1A2,2A2,NAN,1AN,2AN,N)A = \begin{pmatrix} A_{1,1} & A_{1,2} & \cdots & A_{1,N}\\ A_{2,1} & A_{2,2} & \cdots & A_{2,N}\\ \vdots & \vdots & \ddots & \vdots\\ A_{N,1} & A_{N,2} & \cdots & A_{N,N} \end{pmatrix}

Ai,jA_{i,j} (1i,jN)(1 \le i, j \le N)1-1 もしくは 00 以上 PP 未満の整数です。

行列 AA に含まれる 1-1 のそれぞれを 00 以上 PP 未満の整数に変えることで得られる AA は、AA に含まれる 1-1 の数を MM 個として PMP^M 個あります。

それら全てに対して AA の行列式 detA\det A を求め、その総和を PP で割ったあまり(00 以上 PP 未満)を答えてください。

detA\det APP で割ったあまりの総和を答えるのではないことに注意してください。

TT 個の独立なテストケースについて答えを求めてください。

注記

行列式とは? (クリックして展開)

NN を正整数とします。(1,2,,N)(1, 2, \cdots, N) の順列 σ=(σ1,σ2,,σN)\sigma = (\sigma_1, \sigma_2, \cdots, \sigma_N) に対して、 σ\sigma の転倒数を 1i<jN1 \le i < j \le N を満たす整数の組 (i,j)(i, j) であって σi>σj\sigma_i > \sigma_j を満たすものの個数とします。

SNS_N(1,2,,N)(1, 2, \cdots, N) の順列全体の集合とし、σSN\sigma \in S_N に対して順列の符号 sgn σ\mathrm{sgn} ~ \sigma を、σ\sigma の転倒数が偶数なら sgn σ=1\mathrm{sgn} ~ \sigma = 1、奇数なら sgn σ=1\mathrm{sgn} ~ \sigma = -1 と定めます。

このとき、実数からなる NN 次正方行列 A=(Ai,j)A = (A_{i,j}) に対して、その行列式 detA\det A を次のように定義します。

detA=σSN{(sgn σ)i=1NAi,σi}\det A = \sum_{\sigma \in S_N} \left\{(\mathrm{sgn} ~ \sigma) \prod_{i=1}^N A_{i, \sigma_i}\right \}

ここで、PSN\displaystyle \sum_{P \in S_N} とは (1,2,,N)(1, 2, \cdots, N) の順列 σ\sigma すべてについての和、i=1Nxi\displaystyle \prod_{i=1}^N x_ix1×x2××xNx_1 \times x_2 \times \cdots \times x_N を表します。なお、今回はこのように行列式を定義しておりますが、一般的ではない説明になっているかもしれません。ただし、この定義は他の行列式の定義と同値です。

(1234)\begin{pmatrix} 1 & 2\\ 3 & 4 \end{pmatrix} の行列式 detA\det A は、sgn((1,2))=1,sgn((2,1))=1\mathrm{sgn}((1, 2)) = 1, \mathrm{sgn}((2, 1)) = -1 なので detA=1×42×3=2\det A = 1 \times 4 - 2 \times 3 = -2 となります。

N=3N=3 の場合、B=(111213212223313233)B = \begin{pmatrix} 11 & 12 & 13\\ 21 & 22 & 23\\ 31 & 32 & 33 \end{pmatrix} の行列式 detB\det B は、detB=11×22×3311×23×3212×21×33+12×23×31+13×21×3213×22×31=0\det B = 11 \times 22 \times 33 - 11 \times 23 \times 32 - 12 \times 21 \times 33 + 12 \times 23 \times 31 + 13 \times 21 \times 32 - 13 \times 22 \times 31 = 0 となります。

制約

  • 入力はすべて整数
  • 1T1001 \le T \le 100
  • 2N502 \le N \le 50
  • 2P<1092 \le P \lt 10^9
  • PP は素数
  • 1Ai,j<P-1 \le A_{i, j} < P
  • Ai,j=1A_{i, j} = -1 となる (i,j)(i, j) の組が 11 つ以上存在する

入力

入力は以下の形式で標準入力から与えられます。ここで、testi\mathrm{test}_{i}ii 番目のテストケースを表します。
TT
test1\mathrm{test}_1
test2\mathrm{test}_2
\vdots
testT\mathrm{test}_T
各テストケースは以下の形式で与えられます。
NN PP
A1,1A1,2A1,NA2,1A2,2A2,NAN,1AN,2AN,N\begin{matrix}
A_{1,1} & A_{1,2} & \cdots & A_{1,N}\\
A_{2,1} & A_{2,2} & \cdots & A_{2,N}\\
\vdots & \vdots & \ddots & \vdots\\
A_{N,1} & A_{N,2} & \cdots & A_{N,N}
\end{matrix}

出力

TT 行出力してください。ii (1iT)(1 \le i \le T) 行目には、ii 番目のテストケースに対する答えを出力してください。

サンプル

サンプル1
入力
3
3 3
1 2 -1
-1 1 2
1 0 1
3 2
-1 0 0
0 -1 0
0 0 -1
4 998244353
0 0 0 0
0 -1 -1 -1
0 -1 -1 -1
0 -1 -1 -1
出力
0
1
0

11 番目のテストケースでは、与えられる行列 AA は次のようになります。

A=(121112101)A= \begin{pmatrix} 1&2&-1\\-1&1&2\\1&0&1 \end{pmatrix}

行列 AA に含まれる 1-100 以上 33 未満の整数に変えて得られる行列は 99 個あり、それぞれについて

det(120012101)=5,det(120112101)=3,det(120212101)=1,\det \begin{pmatrix} 1&2&0\\0&1&2\\1&0&1 \end{pmatrix} = 5, \det \begin{pmatrix} 1&2&0\\1&1&2\\1&0&1 \end{pmatrix} = 3, \det \begin{pmatrix} 1&2&0\\2&1&2\\1&0&1 \end{pmatrix} = 1,

det(121012101)=4,det(121112101)=2,det(121212101)=0,\det \begin{pmatrix} 1&2&1\\0&1&2\\1&0&1 \end{pmatrix} = 4, \det \begin{pmatrix} 1&2&1\\1&1&2\\1&0&1 \end{pmatrix} = 2, \det \begin{pmatrix} 1&2&1\\2&1&2\\1&0&1 \end{pmatrix} = 0,

det(122012101)=3,det(122112101)=1,det(122212101)=1\det \begin{pmatrix} 1&2&2\\0&1&2\\1&0&1 \end{pmatrix} = 3, \det \begin{pmatrix} 1&2&2\\1&1&2\\1&0&1 \end{pmatrix} = 1, \det \begin{pmatrix} 1&2&2\\2&1&2\\1&0&1 \end{pmatrix} = -1

で、行列式の総和は 5+3+1+4+2+0+3+1+(1)=185+3+1+4+2+0+3+1+(-1)=18 です。これを 33 で割ったあまりである 00 が答えになります。

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