#line 1 "test/yukicoder-448.test.cpp" #define PROBLEM "https://yukicoder.me/problems/no/448" #line 2 "cpp/number-theory.hpp" #include #include #line 2 "cpp/modint.hpp" /** * @file modint.hpp * @brief 四則演算において自動で mod を取るクラス */ #include #include #include #include #include #include namespace detail { static constexpr std::uint16_t prime32_bases[] { 15591, 2018, 166, 7429, 8064, 16045, 10503, 4399, 1949, 1295, 2776, 3620, 560, 3128, 5212, 2657, 2300, 2021, 4652, 1471, 9336, 4018, 2398, 20462, 10277, 8028, 2213, 6219, 620, 3763, 4852, 5012, 3185, 1333, 6227, 5298, 1074, 2391, 5113, 7061, 803, 1269, 3875, 422, 751, 580, 4729, 10239, 746, 2951, 556, 2206, 3778, 481, 1522, 3476, 481, 2487, 3266, 5633, 488, 3373, 6441, 3344, 17, 15105, 1490, 4154, 2036, 1882, 1813, 467, 3307, 14042, 6371, 658, 1005, 903, 737, 1887, 7447, 1888, 2848, 1784, 7559, 3400, 951, 13969, 4304, 177, 41, 19875, 3110, 13221, 8726, 571, 7043, 6943, 1199, 352, 6435, 165, 1169, 3315, 978, 233, 3003, 2562, 2994, 10587, 10030, 2377, 1902, 5354, 4447, 1555, 263, 27027, 2283, 305, 669, 1912, 601, 6186, 429, 1930, 14873, 1784, 1661, 524, 3577, 236, 2360, 6146, 2850, 55637, 1753, 4178, 8466, 222, 2579, 2743, 2031, 2226, 2276, 374, 2132, 813, 23788, 1610, 4422, 5159, 1725, 3597, 3366, 14336, 579, 165, 1375, 10018, 12616, 9816, 1371, 536, 1867, 10864, 857, 2206, 5788, 434, 8085, 17618, 727, 3639, 1595, 4944, 2129, 2029, 8195, 8344, 6232, 9183, 8126, 1870, 3296, 7455, 8947, 25017, 541, 19115, 368, 566, 5674, 411, 522, 1027, 8215, 2050, 6544, 10049, 614, 774, 2333, 3007, 35201, 4706, 1152, 1785, 1028, 1540, 3743, 493, 4474, 2521, 26845, 8354, 864, 18915, 5465, 2447, 42, 4511, 1660, 166, 1249, 6259, 2553, 304, 272, 7286, 73, 6554, 899, 2816, 5197, 13330, 7054, 2818, 3199, 811, 922, 350, 7514, 4452, 3449, 2663, 4708, 418, 1621, 1171, 3471, 88, 11345, 412, 1559, 194, }; static constexpr bool is_SPRP(std::uint32_t n, std::uint32_t a) noexcept { std::uint32_t d = n - 1; std::uint32_t s = 0; while ((d & 1) == 0) { ++s; d >>= 1; } std::uint64_t cur = 1; std::uint64_t pw = d; while (pw) { if (pw & 1) cur = (cur * a) % n; a = (static_cast(a) * a) % n; pw >>= 1; } if (cur == 1) return true; for (std::uint32_t r = 0; r < s; ++r) { if (cur == n - 1) return true; cur = (cur * cur) % n; } return false; } // 32ビット符号なし整数の素数判定 // 参考: M. Forisek and J. Jancina, “Fast Primality Testing for Integers That Fit into a Machine Word,” presented at the Conference on Current Trends in Theory and Practice of Informatics, 2015. [[nodiscard]] static constexpr bool is_prime32(std::uint32_t x) noexcept { if (x == 2 || x == 3 || x == 5 || x == 7) return true; if (x % 2 == 0 || x % 3 == 0 || x % 5 == 0 || x % 7 == 0) return false; if (x < 121) return (x > 1); std::uint64_t h = x; h = ((h >> 16) ^ h) * 0x45d9f3b; h = ((h >> 16) ^ h) * 0x45d9f3b; h = ((h >> 16) ^ h) & 0xff; return is_SPRP(x, prime32_bases[h]); } } /// @brief static_modint と dynamic_modint の実装を CRTP によって行うためのクラステンプレート /// @tparam Modint このクラステンプレートを継承するクラス template class modint_base { public: /// @brief 保持する値の型 using value_type = std::uint32_t; /// @brief 0 で初期化します。 constexpr modint_base() noexcept : m_value{ 0 } {} /// @brief @c value の剰余で初期化します。 /// @param value 初期化に使う値 template && std::is_signed_v>* = nullptr> constexpr modint_base(SignedIntegral value) noexcept : m_value{ static_cast((static_cast(value) % Modint::mod() + Modint::mod()) % Modint::mod()) } {} /// @brief @c value の剰余で初期化します。 /// @param value 初期化に使う値 template && std::is_unsigned_v>* = nullptr> constexpr modint_base(UnsignedIntegral value) noexcept : m_value{ static_cast(value % Modint::mod()) } {} /// @brief 保持している値を取得します。 /// @return 保持している値 [[nodiscard]] constexpr value_type value() const noexcept { return m_value; } /// @brief 保持している値をインクリメントして、剰余を取ります。 /// @return @c *this constexpr Modint& operator++() noexcept { ++m_value; if (m_value == Modint::mod()) { m_value = 0; } return static_cast(*this); } /// @brief 保持している値をインクリメントして、剰余を取ります。 /// @return @c *this constexpr Modint operator++(int) noexcept { auto x = static_cast(*this); ++*this; return x; } /// @brief 保持している値をデクリメントして、剰余を取ります。 /// @return @c *this constexpr Modint& operator--() noexcept { if (m_value == 0) { m_value = Modint::mod(); } --m_value; return static_cast(*this); } /// @brief 保持している値をデクリメントして、剰余を取ります。 /// @return @c *this constexpr Modint operator--(int) noexcept { auto x = static_cast(*this); --*this; return x; } /// @brief 保持している値に @c x の持つ値を足して、剰余を取ります。 /// @param x 足す数 /// @return @c *this constexpr Modint& operator+=(const Modint& x) noexcept { m_value += x.m_value; if (m_value >= Modint::mod()) { m_value -= Modint::mod(); } return static_cast(*this); } /// @brief 保持している値から @c x の持つ値を引いて、剰余を取ります。 /// @param x 引く数 /// @return @c *this constexpr Modint& operator-=(const Modint& x) noexcept { m_value -= x.m_value; if (m_value >= Modint::mod()) { m_value += Modint::mod(); } return static_cast(*this); } /// @brief 保持している値に @c x の持つ値を掛けて、剰余を取ります。 /// @param x 掛ける数 /// @return @c *this constexpr Modint& operator*=(const Modint& x) noexcept { m_value = static_cast(static_cast(m_value) * x.m_value % Modint::mod()); return static_cast(*this); } /// @brief 保持している値を @c x の持つ値で割って、剰余を取ります。 /// @remark 時間計算量: @f$O(\log x)@f$ /// @param x 割る数 /// @return @c *this constexpr Modint& operator/=(const Modint& x) noexcept { return *this *= x.inv(); } /// @brief 自身のコピーを返します。 /// @return @c *this [[nodiscard]] constexpr Modint operator+() const noexcept { return static_cast(*this); } /// @brief 自身の反数を返します。 /// @return 自身の反数 [[nodiscard]] constexpr Modint operator-() const noexcept { return 0 - static_cast(*this); } /// @brief 自身の @c n 乗を返します。 /// @remark 時間計算量: @f$O(\log n)@f$ /// @param n 指数 /// @return 自身の @c n 乗 [[nodiscard]] constexpr Modint pow(unsigned long long n) const noexcept { Modint x = 1; Modint y = static_cast(*this); while (n) { if (n & 1) { x *= y; } y *= y; n >>= 1; } return x; } /// @brief 自身の逆数を返します。 /// @remark 時間計算量: @f$O(\log value)@f$ /// @return 自身の逆数 [[nodiscard]] constexpr Modint inv() const noexcept { long long a = Modint::mod(); long long b = m_value; long long x = 0; long long y = 1; while (b) { auto t = a / b; auto u = a - t * b; a = b; b = u; u = x - t * y; x = y; y = u; } assert(a == 1 && "The inverse element does not exist."); x %= Modint::mod(); if (x < 0) { x += Modint::mod(); } return x; } /// @brief @c x に @c y を足したオブジェクトを返します。 /// @param x 足される数 /// @param y 足す数 /// @return @c x に @c y を足したオブジェクト [[nodiscard]] friend constexpr Modint operator+(const Modint& x, const Modint& y) noexcept { return std::move(Modint{ x } += y); } /// @brief @c x から @c y を引いたオブジェクトを返します。 /// @param x 引かれる数 /// @param y 引く数 /// @return @c x から @c y を引いたオブジェクト [[nodiscard]] friend constexpr Modint operator-(const Modint& x, const Modint& y) noexcept { return std::move(Modint{ x } -= y); } /// @brief @c x に @c y を掛けたオブジェクトを返します。 /// @param x 掛けられる数 /// @param y 掛ける数 /// @return @c x に @c y を掛けたオブジェクト [[nodiscard]] friend constexpr Modint operator*(const Modint& x, const Modint& y) noexcept { return std::move(Modint{ x } *= y); } /// @brief @c x を @c y で割ったオブジェクトを返します。 /// @param x 割られる数 /// @param y 割る数 /// @return @c x を @c y で割ったオブジェクト [[nodiscard]] friend constexpr Modint operator/(const Modint& x, const Modint& y) noexcept { return std::move(Modint{ x } /= y); } /// @brief @c x と @c y の保持する値が等しいかどうかを調べます。 /// @return @c x と @c y の保持する値が等しければ @c true 、そうでなければ @c false [[nodiscard]] friend constexpr bool operator==(const Modint& x, const Modint& y) noexcept { return x.m_value == y.m_value; } /// @brief @c x と @c y の保持する値が等しくないかどうかを調べます。 /// @return @c x と @c y の保持する値が等しければ @c false 、そうでなければ @c true [[nodiscard]] friend constexpr bool operator!=(const Modint& x, const Modint& y) noexcept { return not (x == y); } /// @brief 入力ストリームから符号付き整数を読み取り、 @c x に格納します。 /// @tparam CharT 入力ストリームの文字型 /// @tparam Traits 入力ストリームの文字トレイト /// @param is 入力ストリーム /// @param x 入力を受け取るオブジェクト /// @return @c is template friend std::basic_istream& operator>>(std::basic_istream& is, Modint& x) { long long tmp; is >> tmp; x = tmp; return is; } /// @brief 出力ストリームに @c x の保持する値を出力します。 /// @tparam CharT 出力ストリームの文字型 /// @tparam Traits 出力ストリームの文字トレイト /// @param os 出力ストリーム /// @param x 出力するオブジェクト /// @return @c os template friend std::basic_ostream& operator<<(std::basic_ostream& os, const Modint& x) { os << x.value(); return os; } protected: value_type m_value; }; /// @brief コンパイル時に法が決まるとき、四則演算において自動で mod を取るクラス /// @tparam Mod 法 template class static_modint : public modint_base> { static_assert(Mod > 0 && Mod <= std::numeric_limits::max() / 2); private: using base_type = modint_base>; public: using typename base_type::value_type; /// @brief 法を取得します。 /// @return 法 [[nodiscard]] static constexpr value_type mod() noexcept { return Mod; } /// @brief 0 で初期化します。 constexpr static_modint() noexcept : base_type{} {} /// @brief @c value の剰余で初期化します。 /// @param value 初期化に使う値 template >* = nullptr> constexpr static_modint(SignedIntegral value) noexcept : base_type{value} {} /// @brief 自身の逆数を返します。 /// @remark 時間計算量: @f$O(\log value)@f$ /// @return 自身の逆数 [[nodiscard]] constexpr static_modint inv() const noexcept { if constexpr (detail::is_prime32(Mod)) { assert(this->m_value != 0 && "The inverse element of zero does not exist."); return this->pow(Mod - 2); } else { return base_type::inv(); } } }; /// @brief 実行時に法が決まるとき、四則演算において自動で mod を取るクラス /// @tparam ID このIDごとに法を設定することができます template class dynamic_modint : public modint_base> { private: using base_type = modint_base>; public: using typename base_type::value_type; /// @brief 法を取得します。 /// @return 法 [[nodiscard]] static value_type mod() noexcept { return modulus; } /// @brief 法を設定します。 /// @param m 新しい法 static void set_mod(value_type m) noexcept { assert(m > 0 && m <= std::numeric_limits::max() / 2); modulus = m; } /// @brief 0 で初期化します。 constexpr dynamic_modint() noexcept : base_type{} {} /// @brief @c value の剰余で初期化します。 /// @param value 初期化に使う値 template >* = nullptr> constexpr dynamic_modint(SignedIntegral value) noexcept : base_type{value} {} private: inline static value_type modulus = 998244353; }; using modint998244353 = static_modint<998244353>; using modint1000000007 = static_modint<1000000007>; using modint = dynamic_modint<-1>; #line 6 "cpp/number-theory.hpp" /** * @brief a^(-1) mod MODを返す * @param a long long * @param MOD long long * @return long long */ long long modinv(long long a, long long MOD) { long long b = MOD, u = 1, v = 0; while (b) { long long t = a / b; a -= t * b; std::swap(a, b); u -= t * v; std::swap(u, v); } u %= MOD; if (u < 0) u += MOD; return u; } /** * @brief a^n mod MODを返す * @param a long long * @param n long long * @param MOD long long * @return long long */ long long modpow(long long a, long long n, long long MOD) { long long res = 1; a %= MOD; if(n < 0) { n = -n; a = modinv(a, MOD); } while (n > 0) { if (n & 1) res = res * a % MOD; a = a * a % MOD; n >>= 1; } return res; } /** * @brief 2式の連立合同式を、mが互いに素になるように変形する * @param r1 long long * @param m1 long long * @param r2 long long * @param m2 long long * @note 矛盾する場合、r1 = r2 = m1 = m2 = -1となる */ void coprimize_simulaneous_congruence_equation(long long& r1, long long& m1, long long& r2, long long& m2) { long long g = std::gcd(m1, m2); if((r2 - r1) % g != 0) { r1 = r2 = m1 = m2 = -1; return; } m1 /= g, m2 /= g; long long gi = std::gcd(g, m1); long long gj = g / gi; do { g = std::gcd(gi, gj); gi *= g, gj /= g; } while(g != 1); m1 *= gi, m2 *= gj; r1 %= m1, r2 %= m2; } /** * @brief 連立合同式を解く * @param r vector 余りの配列 * @param m vector modの配列 * @return std::pair (解, LCM) 解なしのときは{-1, -1} */ std::pair crt(const std::vector& r, const std::vector& m) { assert(r.size() == m.size()); if(r.size() == 0) return {0, 1}; int n = (int)r.size(); long long m_lcm = m[0]; long long ans = r[0] % m[0]; for (int i = 1; i < n; i++) { long long rr = r[i] % m[i], mm = m[i]; coprimize_simulaneous_congruence_equation(ans, m_lcm, rr, mm); if(m_lcm == -1) return {-1, -1}; long long t = ((rr - ans) * modinv(m_lcm, mm)) % mm; if(t < 0) t += mm; ans += t * m_lcm; m_lcm *= mm; } return {ans, m_lcm}; } /** * @brief 連立合同式の最小の非負整数解 % MODを求める * @param r vector 余りの配列 * @param m vector modの配列 * @param MOD long long * @return std::pair (最小解 % MOD, LCM % MOD) 解なしのときは{-1, -1} */ std::pair crt(const std::vector& r, const std::vector& m, long long MOD) { assert(r.size() == m.size()); if(r.size() == 0) return {0, 1}; int n = (int)r.size(); std::vector r2 = r, m2 = m; // mを互いに素にする for(int i = 1; i < n; i++) { for(int j = 0; j < i; j++) { coprimize_simulaneous_congruence_equation(r2[i], m2[i], r2[j], m2[j]); if(m2[i] == -1) return {-1, -1}; } } m2.push_back(MOD); std::vector prod(n+1, 1); // m2[0] * ... * m2[i - 1] mod m2[i] std::vector x(n+1, 0); // i番目までの解 mod m2[i] for(int i = 0; i < n; i++) { long long t = (r2[i] - x[i]) * modinv(prod[i], m2[i]) % m2[i]; if(t < 0) t += m2[i]; for(int j = i + 1; j <= n; j++) { (x[j] += t * prod[j]) %= m2[j]; (prod[j] *= m2[i]) %= m2[j]; } } return {x[n], prod[n]}; } /** * @brief 畳み込み */ namespace NTT { /** * @brief 原子根 * @param MOD int * @return int */ int calc_primitive_root(int MOD) { if (MOD == 2) return 1; if (MOD == 167772161) return 3; if (MOD == 469762049) return 3; if (MOD == 754974721) return 11; if (MOD == 998244353) return 3; int divs[20] = {}; divs[0] = 2; int cnt = 1; long long x = (MOD - 1) >> 1; while (x % 2 == 0) x >>= 1; for (long long i = 3; i * i <= x; i += 2) { if (x % i == 0) { divs[cnt ++] = i; while (x % i == 0) x /= i; } } if (x > 1) divs[cnt++] = x; for (int g = 2;; ++ g) { bool ok = true; for (int i = 0; i < cnt; i++) { if (modpow(g, (MOD - 1) / divs[i], MOD) == 1) { ok = false; break; } } if (ok) return g; } } /** * @brief 畳み込みのサイズを2のべき乗にする */ int get_fft_size(int N, int M) { int size_a = 1, size_b = 1; while (size_a < N) size_a <<= 1; while (size_b < M) size_b <<= 1; return std::max(size_a, size_b) << 1; } /** * @brief NTT */ template void trans(std::vector& v, bool inv = false) { if (v.empty()) return; int N = (int) v.size(); int MOD = v[0].mod(); int PR = calc_primitive_root(MOD); static bool first = true; static std::vector vbw(30), vibw(30); if (first) { first = false; for (int k = 0; k < 30; ++ k) { vbw[k] = modpow(PR, (MOD - 1) >> (k + 1), MOD); vibw[k] = modinv(vbw[k], MOD); } } for (int i = 0, j = 1; j < N - 1; ++ j) { for (int k = N >> 1; k > (i ^= k); k >>= 1); if (i > j) std::swap(v[i], v[j]); } for (int k = 0, t = 2; t <= N; ++ k, t <<= 1) { long long bw = vbw[k]; if (inv) bw = vibw[k]; for (int i = 0; i < N; i += t) { mint w = 1; for (int j = 0; j < (t >> 1); ++ j) { int j1 = i + j, j2 = i + j + (t >> 1); mint c1 = v[j1], c2 = v[j2] * w; v[j1] = c1 + c2; v[j2] = c1 - c2; w *= bw; } } } if (inv) { long long invN = modinv(N, MOD); for (int i = 0; i < N; ++ i) v[i] = v[i] * invN; } } static constexpr int MOD0 = 754974721; static constexpr int MOD1 = 167772161; static constexpr int MOD2 = 469762049; using mint0 = static_modint; using mint1 = static_modint; using mint2 = static_modint; static const mint1 imod0 = 95869806; // modinv(MOD0, MOD1); static const mint2 imod1 = 104391568; // modinv(MOD1, MOD2); static const mint2 imod01 = 187290749; // imod1 / MOD0; /** * @brief 配列のサイズが小さいときの畳み込み * @param T mint, long long * @param A vector * @param B vector * @return vector */ template std::vector naive (const std::vector& A, const std::vector& B) { if (A.empty() || B.empty()) return {}; int N = (int) A.size(), M = (int) B.size(); std::vector res(N + M - 1); for (int i = 0; i < N; ++ i) for (int j = 0; j < M; ++ j) res[i + j] += A[i] * B[j]; return res; } }; /** * @brief modintの畳み込み * @param A vector * @param B vector * @return vector */ template std::vector convolution (const std::vector& A, const std::vector& B) { if (A.empty() || B.empty()) return {}; int N = (int) A.size(), M = (int) B.size(); if (std::min(N, M) < 30) return NTT::naive(A, B); int MOD = A[0].mod(); int size_fft = NTT::get_fft_size(N, M); if (MOD == 998244353) { std::vector a(size_fft), b(size_fft), c(size_fft); for (int i = 0; i < N; ++i) a[i] = A[i]; for (int i = 0; i < M; ++i) b[i] = B[i]; NTT::trans(a), NTT::trans(b); std::vector res(size_fft); for (int i = 0; i < size_fft; ++i) res[i] = a[i] * b[i]; NTT::trans(res, true); res.resize(N + M - 1); return res; } std::vector a0(size_fft, 0), b0(size_fft, 0), c0(size_fft, 0); std::vector a1(size_fft, 0), b1(size_fft, 0), c1(size_fft, 0); std::vector a2(size_fft, 0), b2(size_fft, 0), c2(size_fft, 0); for (int i = 0; i < N; ++ i) { a0[i] = A[i].value(); a1[i] = A[i].value(); a2[i] = A[i].value(); } for (int i = 0; i < M; ++ i) { b0[i] = B[i].value(); b1[i] = B[i].value(); b2[i] = B[i].value(); } NTT::trans(a0), NTT::trans(a1), NTT::trans(a2), NTT::trans(b0), NTT::trans(b1), NTT::trans(b2); for (int i = 0; i < size_fft; ++i) { c0[i] = a0[i] * b0[i]; c1[i] = a1[i] * b1[i]; c2[i] = a2[i] * b2[i]; } NTT::trans(c0, true), NTT::trans(c1, true), NTT::trans(c2, true); static const mint mod0 = NTT::MOD0, mod01 = mod0 * NTT::MOD1; std::vector res(N + M - 1); for (int i = 0; i < N + M - 1; ++ i) { int y0 = c0[i].value(); int y1 = (NTT::imod0 * (c1[i] - y0)).value(); int y2 = (NTT::imod01 * (c2[i] - y0) - NTT::imod1 * y1).value(); res[i] = mod01 * y2 + mod0 * y1 + y0; } return res; } /** * @brief long longの畳み込み * @param A vector * @param B vector * @return vector */ std::vector convolution_ll (const std::vector& A, const std::vector& B) { if (A.empty() || B.empty()) return {}; int N = (int) A.size(), M = (int) B.size(); if (std::min(N, M) < 30) return NTT::naive(A, B); int size_fft = NTT::get_fft_size(N, M); std::vector a0(size_fft, 0), b0(size_fft, 0), c0(size_fft, 0); std::vector a1(size_fft, 0), b1(size_fft, 0), c1(size_fft, 0); std::vector a2(size_fft, 0), b2(size_fft, 0), c2(size_fft, 0); for (int i = 0; i < N; ++ i) { a0[i] = A[i]; a1[i] = A[i]; a2[i] = A[i]; } for (int i = 0; i < M; ++ i) { b0[i] = B[i]; b1[i] = B[i]; b2[i] = B[i]; } NTT::trans(a0), NTT::trans(a1), NTT::trans(a2), NTT::trans(b0), NTT::trans(b1), NTT::trans(b2); for (int i = 0; i < size_fft; ++ i) { c0[i] = a0[i] * b0[i]; c1[i] = a1[i] * b1[i]; c2[i] = a2[i] * b2[i]; } NTT::trans(c0, true), NTT::trans(c1, true), NTT::trans(c2, true); static const long long mod0 = NTT::MOD0, mod01 = mod0 * NTT::MOD1; static const __int128_t mod012 = (__int128_t)mod01 * NTT::MOD2; std::vector res(N + M - 1); for (int i = 0; i < N + M - 1; ++ i) { int y0 = c0[i].value(); int y1 = (NTT::imod0 * (c1[i] - y0)).value(); int y2 = (NTT::imod01 * (c2[i] - y0) - NTT::imod1 * y1).value(); __int128_t tmp = (__int128_t)mod01 * y2 + (__int128_t)mod0 * y1 + y0; if(tmp < (mod012 >> 1)) res[i] = tmp; else res[i] = tmp - mod012; } return res; } #line 4 "test/yukicoder-448.test.cpp" #include #line 7 "test/yukicoder-448.test.cpp" int main() { int n; std::cin >> n; constexpr long long mod = 1000000007; std::vector x(n), y(n); for (int i = 0; i < n; ++i) std::cin >> x[i] >> y[i]; auto [ans, l] = crt(x, y, mod); if(ans == -1) std::cout << -1 << std::endl; else if(std::all_of(x.begin(), x.end(), [](auto x) { return x == 0; })) { std::cout << l << std::endl; } else { std::cout << ans << std::endl; } }