#734582 (C++17) No.1815 K色問題

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問題	No.1815 K色問題
ユーザー	👑 emthrm
提出日時	2022-01-28 08:33:22
言語	C++17 (gcc 12.3.0 + boost 1.83.0)
結果	TLE
実行時間	-
コード長	7,748 bytes
コンパイル時間	2,854 ms
コンパイル使用メモリ	219,304 KB
実行使用メモリ	5,632 KB
最終ジャッジ日時	2024-09-29 22:40:43
合計ジャッジ時間	11,346 ms
ジャッジサーバーID （参考情報）	judge2 / judge3

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入力	結果	実行時間実行使用メモリ
testcase_00	AC	2 ms 5,248 KB
testcase_01	AC	2 ms 5,248 KB
testcase_02	AC	2 ms 5,248 KB
testcase_03	AC	2 ms 5,248 KB
testcase_04	AC	2 ms 5,248 KB
testcase_05	AC	2 ms 5,248 KB
testcase_06	AC	66 ms 5,504 KB
testcase_07	AC	17 ms 5,248 KB
testcase_08	AC	1,798 ms 5,248 KB
testcase_09	AC	14 ms 5,248 KB
testcase_10	AC	20 ms 5,248 KB
testcase_11	AC	534 ms 5,248 KB
testcase_12	AC	2 ms 5,248 KB
testcase_13	AC	2 ms 5,248 KB
testcase_14	TLE	-
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ソースコード

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#define _USE_MATH_DEFINES
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define FOR(i,m,n) for(int i=(m);i<(n);++i)
#define REP(i,n) FOR(i,0,n)
#define ALL(v) (v).begin(),(v).end()
using ll = long long;
constexpr int INF = 0x3f3f3f3f;
constexpr long long LINF = 0x3f3f3f3f3f3f3f3fLL;
constexpr double EPS = 1e-8;
constexpr int MOD = 1000000007;
// constexpr int MOD = 998244353;
constexpr int DY[]{1, 0, -1, 0}, DX[]{0, -1, 0, 1};
constexpr int DY8[]{1, 1, 0, -1, -1, -1, 0, 1}, DX8[]{0, -1, -1, -1, 0, 1, 1, 1};
template <typename T, typename U> inline bool chmax(T& a, U b) { return a < b ? (a = b, true) : false; }
template <typename T, typename U> inline bool chmin(T& a, U b) { return a > b ? (a = b, true) : false; }
struct IOSetup {
  IOSetup() {
    std::cin.tie(nullptr);
    std::ios_base::sync_with_stdio(false);
    std::cout << fixed << setprecision(20);
  }
} iosetup;

template <int M>
struct MInt {
  unsigned int val;
  MInt(): val(0) {}
  MInt(long long x) : val(x >= 0 ? x % M : x % M + M) {}
  static constexpr int get_mod() { return M; }
  static void set_mod(int divisor) { assert(divisor == M); }
  static void init(int x = 10000000) { inv(x, true); fact(x); fact_inv(x); }
  static MInt inv(int x, bool init = false) {
    // assert(0 <= x && x < M && std::__gcd(x, M) == 1);
    static std::vector<MInt> inverse{0, 1};
    int prev = inverse.size();
    if (init && x >= prev) {
      // "x!" and "M" must be disjoint.
      inverse.resize(x + 1);
      for (int i = prev; i <= x; ++i) inverse[i] = -inverse[M % i] * (M / i);
    }
    if (x < inverse.size()) return inverse[x];
    unsigned int a = x, b = M; int u = 1, v = 0;
    while (b) {
      unsigned int q = a / b;
      std::swap(a -= q * b, b);
      std::swap(u -= q * v, v);
    }
    return u;
  }
  static MInt fact(int x) {
    static std::vector<MInt> f{1};
    int prev = f.size();
    if (x >= prev) {
      f.resize(x + 1);
      for (int i = prev; i <= x; ++i) f[i] = f[i - 1] * i;
    }
    return f[x];
  }
  static MInt fact_inv(int x) {
    static std::vector<MInt> finv{1};
    int prev = finv.size();
    if (x >= prev) {
      finv.resize(x + 1);
      finv[x] = inv(fact(x).val);
      for (int i = x; i > prev; --i) finv[i - 1] = finv[i] * i;
    }
    return finv[x];
  }
  static MInt nCk(int n, int k) {
    if (n < 0 || n < k || k < 0) return 0;
    if (n - k > k) k = n - k;
    return fact(n) * fact_inv(k) * fact_inv(n - k);
  }
  static MInt nPk(int n, int k) { return n < 0 || n < k || k < 0 ? 0 : fact(n) * fact_inv(n - k); }
  static MInt nHk(int n, int k) { return n < 0 || k < 0 ? 0 : (k == 0 ? 1 : nCk(n + k - 1, k)); }
  static MInt large_nCk(long long n, int k) {
    if (n < 0 || n < k || k < 0) return 0;
    inv(k, true);
    MInt res = 1;
    for (int i = 1; i <= k; ++i) res *= inv(i) * n--;
    return res;
  }
  MInt pow(long long exponent) const {
    MInt tmp = *this, res = 1;
    while (exponent > 0) {
      if (exponent & 1) res *= tmp;
      tmp *= tmp;
      exponent >>= 1;
    }
    return res;
  }
  MInt &operator+=(const MInt &x) { if((val += x.val) >= M) val -= M; return *this; }
  MInt &operator-=(const MInt &x) { if((val += M - x.val) >= M) val -= M; return *this; }
  MInt &operator*=(const MInt &x) { val = static_cast<unsigned long long>(val) * x.val % M; return *this; }
  MInt &operator/=(const MInt &x) { return *this *= inv(x.val); }
  bool operator==(const MInt &x) const { return val == x.val; }
  bool operator!=(const MInt &x) const { return val != x.val; }
  bool operator<(const MInt &x) const { return val < x.val; }
  bool operator<=(const MInt &x) const { return val <= x.val; }
  bool operator>(const MInt &x) const { return val > x.val; }
  bool operator>=(const MInt &x) const { return val >= x.val; }
  MInt &operator++() { if (++val == M) val = 0; return *this; }
  MInt operator++(int) { MInt res = *this; ++*this; return res; }
  MInt &operator--() { val = (val == 0 ? M : val) - 1; return *this; }
  MInt operator--(int) { MInt res = *this; --*this; return res; }
  MInt operator+() const { return *this; }
  MInt operator-() const { return MInt(val ? M - val : 0); }
  MInt operator+(const MInt &x) const { return MInt(*this) += x; }
  MInt operator-(const MInt &x) const { return MInt(*this) -= x; }
  MInt operator*(const MInt &x) const { return MInt(*this) *= x; }
  MInt operator/(const MInt &x) const { return MInt(*this) /= x; }
  friend std::ostream &operator<<(std::ostream &os, const MInt &x) { return os << x.val; }
  friend std::istream &operator>>(std::istream &is, MInt &x) { long long val; is >> val; x = MInt(val); return is; }
};
namespace std { template <int M> MInt<M> abs(const MInt<M> &x) { return x; } }
using ModInt = MInt<MOD>;

template <typename T>
struct Matrix {
  Matrix(int m, int n, T val = 0) : dat(m, std::vector<T>(n, val)) {}

  int height() const { return dat.size(); }

  int width() const { return dat.front().size(); }

  Matrix pow(long long exponent) const {
    int n = height();
    Matrix<T> tmp = *this, res(n, n, 0);
    for (int i = 0; i < n; ++i) res[i][i] = 1;
    while (exponent > 0) {
      if (exponent & 1) res *= tmp;
      tmp *= tmp;
      exponent >>= 1;
    }
    return res;
  }

  inline const std::vector<T> &operator[](const int idx) const { return dat[idx]; }
  inline std::vector<T> &operator[](const int idx) { return dat[idx]; }

  Matrix &operator=(const Matrix &x) {
    int m = x.height(), n = x.width();
    dat.resize(m, std::vector<T>(n));
    for (int i = 0; i < m; ++i) for (int j = 0; j < n; ++j) dat[i][j] = x[i][j];
    return *this;
  }

  Matrix &operator+=(const Matrix &x) {
    int m = height(), n = width();
    for (int i = 0; i < m; ++i) for (int j = 0; j < n; ++j) dat[i][j] += x[i][j];
    return *this;
  }

  Matrix &operator-=(const Matrix &x) {
    int m = height(), n = width();
    for (int i = 0; i < m; ++i) for (int j = 0; j < n; ++j) dat[i][j] -= x[i][j];
    return *this;
  }

  Matrix &operator*=(const Matrix &x) {
    int m = height(), n = x.width(), l = width();
    std::vector<std::vector<T>> res(m, std::vector<T>(n, 0));
    for (int i = 0; i < m; ++i) for (int j = 0; j < n; ++j) {
      for (int k = 0; k < l; ++k) res[i][j] += dat[i][k] * x[k][j];
    }
    std::swap(dat, res);
    return *this;
  }

  Matrix operator+(const Matrix &x) const { return Matrix(*this) += x; }

  Matrix operator-(const Matrix &x) const { return Matrix(*this) -= x; }

  Matrix operator*(const Matrix &x) const { return Matrix(*this) *= x; }

private:
  std::vector<std::vector<T>> dat;
};

int main() {
  int n, k; ll m; cin >> n >> m >> k;
  const auto f = [&](const ModInt& k) -> ModInt {
    if (n == 1) {
      return (k - 1).pow(m - 1) * k;
    } else if (n == 2) {
      return ((k - 2).pow(2) + (k - 1)).pow(m - 1) * k * (k - 1);
    } else if (n == 3) {
      Matrix<ModInt> matrix(2, 2), first(2, 1);
      //   ab ab ac ac ac ad ad ad  ab ac ac
      //   b  b  b  b  b  b  b  b   b  b  b
      //   ca cd ca cb cd ca cb ce  ac ab ad
      matrix[0][0] = (k - 2) + (k - 3) * (k - 2) + (k - 3) + (k - 2) + (k - 3) * (k - 3) + (k - 3) * (k - 3) + (k - 3) * (k - 2) + (k - 3) * (k - 4) * (k - 3);
      //   ab ad  ab ac
      //   b  b   b  b
      //   cb cd  ab ac
      matrix[0][1] = (k - 2) * (k - 2) + (k - 2) * (k - 2) + (k - 2) * (k - 3)  * (k - 3);
      matrix[1][0] = (k - 1) + (k - 3) * (k - 2);
      matrix[1][1] = (k - 1) + (k - 2) * (k - 2);
      first[0][0] = k * (k - 1) * (k - 2);
      first[1][0] = k * (k - 1);
      first = matrix.pow(m - 1) * first;
      return first[0][0] + first[1][0];
    }
    assert(false);
  };
  ModInt ans = 0;
  FOR(i, 1, k + 1) ans += f(i) * ModInt::nCk(k, i) * ((k - i) & 1 ? -1 : 1);
  cout << ans << '\n';
  return 0;
}

yukicoder

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