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No.2975 単調増加部分積

レベル : / 実行時間制限 : 1ケース 10.000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 15
作問者 : 👑 p-adicp-adic / テスター : hamamuhamamu
0 ProblemId : 10058 / 出題時の順位表 / 自分の提出
問題文最終更新日: 2024-12-02 20:11:04

注意

この問題の実行時間制限は10000[ms]です。

問題文

入力に $M \leq N$ を満たす $2$ 個の正整数 $N, M$ と素数 $P$ が与えられます。

 

まず記法と用語の導入です。正整数列 $A$ に対し、$A$ の成分の総乗を $\Pi(A)$ と置きます。

$N$ 以下の相異なる正整数 $M$ 個からなる順列を $(N,M)$ 順列と呼ぶことにします。

$(N,M)$ 順列 $A$ に対し、$A$ の空列でない(連続部分列とは限らない)各狭義単調増加部分列 $a$ をわたる $\Pi(a)$ の総和を $f(A)$ と置きます。

 

$(N,M)$ 順列は全部で ${}_N P_M = \frac{N!}{(N-M)!}$ 個あります。それらの中から $(N,M)$ 順列 $A$ をランダムに(どれが選ばれるかが等確率になるように)選ぶ時の $f(A)$ の期待値の法 $P$ における値を求めてください。

なおここで有理数 $x$ の法 $P$ における値とは、以下の $2$ 条件を満たす一意な整数 $r$ を表します:

  • $0 \leq r < P$ である。
  • $x$ の既約分数表示を $\frac{n}{d}$($d$ は正整数、$n$ は $d$ と互いに素な整数)と表した時、$n \equiv dr \pmod{P}$ である。

ただしこのような $r$ が存在する必要十分条件は上記の $d$ と $P$ が互いに素であることです。また整数 $\ell$ と $m$ が互いに素であるとは、$\ell$ と $m$ を共に割り切る正整数が $1$ のみであるということです。

入力

入力は以下の形式で標準入力から $1$ 行で与えられます:

  • $1$ 行目に $N, M, P$ が半角空白区切りで与えられます。
$N$ $M$ $P$

制約

入力は以下の制約を満たします:

  • $N$ は $1 \leq N \leq 9600$ を満たす整数である。
  • $M$ は $1 \leq M \leq N$ を満たす整数である。
  • $P$ は $N < P \leq 10^9$ を満たす素数である。

出力

$f(A)$ の期待値の法 $P$ における値が一意に存在するならば、それを $1$ 行に出力してください。

そうでないならば、-1と出力してください。

最後に改行してください。

サンプル

サンプル1
入力
1 1 2
出力
1

$(N,M) = (1,1)$ であり、$(N,M)$ 順列 $A$ は $(1)$ に限られます。$(1)$ の空列でない狭義単調増加部分列は $(1)$ 自身に限られ、$\Pi((1)) = 1$ なので $f((1)) = 1$ です。

以上より $f(A)$ は確率 $1$ で $1$ の値を取り、$f(A)$ の期待値は $1$ です。そして $1$ の法 $P = 2$ での値は $1$ です。

サンプル2
入力
2 1 3
出力
0

$(N,M) = (2,1)$ であり、$(N,M)$ 順列 $A$ は $(1)$ と $(2)$ の $2$ つです。サンプル1より $f((1)) = 1$ です。$(2)$ の空列でない狭義単調増加部分列は $(2)$ 自身に限られ、$\Pi((2)) = 2$ なので $f((2)) = 2$ です。

以上より $f(A)$ は確率 $2^{-1}$ で $1$ の値を取り、確率 $2^{-1}$ で $2$ の値を取ります。従って $f(A)$ の期待値は $2^{-1} \times 1 + 2^{-1} \times 2 = 2^{-1} 3$ です。そして $2^{-1} 3$ の法 $P = 3$ での値は $0$ です。

サンプル3
入力
2 2 5
出力
4

$(N,M) = (2,2)$ であり、$(N,M)$ 順列 $A$ は $(1,2)$ と $(2,1)$ の $2$ つです。$(1,2)$ の空列でない狭義単調増加部分列は $(1), (2), (1,2)$ の $3$ つであり、それらの成分の総乗はそれぞれ $1, 2, 2$ なので $f((1,2)) = 1+2+2 = 5$ です。$(2,1)$ の空列でない狭義単調増加部分列は $(1), (2)$ の $2$ つであり、それらの成分の総乗はそれぞれ $1, 2$ なので $f((2,1)) = 1+2 = 3$ です。

以上より $f(A)$ は確率 $2^{-1}$ で $5$ の値を取り、確率 $2^{-1}$ で $3$ の値を取ります。従って $f(A)$ の期待値は $2^{-1} \times 5 + 2^{-1} \times 3 = 4$ です。そして $4$ の法 $P = 5$ での値は $4$ です。

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