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問題 No.2503 Typical Path Counting Problem on a Grid
ユーザー torisasami4torisasami4
提出日時 2023-10-12 01:11:02
言語 C++17
(gcc 12.3.0 + boost 1.83.0)
結果
AC  
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ソースコード

diff # 

// #define _GLIBCXX_DEBUG
#pragma GCC optimize("O2,no-stack-protector,unroll-loops,fast-math")
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define rep(i, n) for (int i = 0; i < int(n); i++)
#define per(i, n) for (int i = (n)-1; 0 <= i; i--)
#define rep2(i, l, r) for (int i = (l); i < int(r); i++)
#define per2(i, l, r) for (int i = (r)-1; int(l) <= i; i--)
#define each(e, v) for (auto& e : v)
#define MM << " " <<
#define pb push_back
#define eb emplace_back
#define all(x) begin(x), end(x)
#define rall(x) rbegin(x), rend(x)
#define sz(x) (int)x.size()
template <typename T> void print(const vector<T>& v, T x = 0) {
    int n = v.size();
    for (int i = 0; i < n; i++) cout << v[i] + x << (i == n - 1 ? '\n' : ' ');
    if (v.empty()) cout << '\n';
}
using ll = long long;
using pii = pair<int, int>;
using pll = pair<ll, ll>;
template <typename T> bool chmax(T& x, const T& y) {
    return (x < y) ? (x = y, true) : false;
}
template <typename T> bool chmin(T& x, const T& y) {
    return (x > y) ? (x = y, true) : false;
}
template <class T>
using minheap = std::priority_queue<T, std::vector<T>, std::greater<T>>;
template <class T> using maxheap = std::priority_queue<T>;
template <typename T> int lb(const vector<T>& v, T x) {
    return lower_bound(begin(v), end(v), x) - begin(v);
}
template <typename T> int ub(const vector<T>& v, T x) {
    return upper_bound(begin(v), end(v), x) - begin(v);
}
template <typename T> void rearrange(vector<T>& v) {
    sort(begin(v), end(v));
    v.erase(unique(begin(v), end(v)), end(v));
}

// __int128_t gcd(__int128_t a, __int128_t b) {
//     if (a == 0)
//         return b;
//     if (b == 0)
//         return a;
//     __int128_t cnt = a % b;
//     while (cnt != 0) {
//         a = b;
//         b = cnt;
//         cnt = a % b;
//     }
//     return b;
// }

struct Union_Find_Tree {
    vector<int> data;
    const int n;
    int cnt;
 
    Union_Find_Tree(int n) : data(n, -1), n(n), cnt(n) {}
 
    int root(int x) {
        if (data[x] < 0) return x;
        return data[x] = root(data[x]);
    }
 
    int operator[](int i) { return root(i); }
 
    bool unite(int x, int y) {
        x = root(x), y = root(y);
        if (x == y) return false;
        if (data[x] > data[y]) swap(x, y);
        data[x] += data[y], data[y] = x;
        cnt--;
        return true;
    }
 
    int size(int x) { return -data[root(x)]; }
 
    int count() { return cnt; };
 
    bool same(int x, int y) { return root(x) == root(y); }
 
    void clear() {
        cnt = n;
        fill(begin(data), end(data), -1);
    }
};

template <int mod> struct Mod_Int {
    int x;

    Mod_Int() : x(0) {}

    Mod_Int(long long y) : x(y >= 0 ? y % mod : (mod - (-y) % mod) % mod) {}

    static int get_mod() { return mod; }

    Mod_Int& operator+=(const Mod_Int& p) {
        if ((x += p.x) >= mod) x -= mod;
        return *this;
    }

    Mod_Int& operator-=(const Mod_Int& p) {
        if ((x += mod - p.x) >= mod) x -= mod;
        return *this;
    }

    Mod_Int& operator*=(const Mod_Int& p) {
        x = (int)(1LL * x * p.x % mod);
        return *this;
    }

    Mod_Int& operator/=(const Mod_Int& p) {
        *this *= p.inverse();
        return *this;
    }

    Mod_Int& operator++() { return *this += Mod_Int(1); }

    Mod_Int operator++(int) {
        Mod_Int tmp = *this;
        ++*this;
        return tmp;
    }

    Mod_Int& operator--() { return *this -= Mod_Int(1); }

    Mod_Int operator--(int) {
        Mod_Int tmp = *this;
        --*this;
        return tmp;
    }

    Mod_Int operator-() const { return Mod_Int(-x); }

    Mod_Int operator+(const Mod_Int& p) const { return Mod_Int(*this) += p; }

    Mod_Int operator-(const Mod_Int& p) const { return Mod_Int(*this) -= p; }

    Mod_Int operator*(const Mod_Int& p) const { return Mod_Int(*this) *= p; }

    Mod_Int operator/(const Mod_Int& p) const { return Mod_Int(*this) /= p; }

    bool operator==(const Mod_Int& p) const { return x == p.x; }

    bool operator!=(const Mod_Int& p) const { return x != p.x; }

    Mod_Int inverse() const {
        assert(*this != Mod_Int(0));
        return pow(mod - 2);
    }

    Mod_Int pow(long long k) const {
        Mod_Int now = *this, ret = 1;
        for (; k > 0; k >>= 1, now *= now) {
            if (k & 1) ret *= now;
        }
        return ret;
    }

    friend ostream& operator<<(ostream& os, const Mod_Int& p) {
        return os << p.x;
    }

    friend istream& operator>>(istream& is, Mod_Int& p) {
        long long a;
        is >> a;
        p = Mod_Int<mod>(a);
        return is;
    }
};

ll mpow2(ll x, ll n, ll mod) {
    ll ans = 1;
    x %= mod;
    while (n != 0) {
        if (n & 1) ans = ans * x % mod;
        x = x * x % mod;
        n = n >> 1;
    }
    ans %= mod;
    return ans;
}

template <typename T> T modinv(T a, const T& m) {
    T b = m, u = 1, v = 0;
    while (b > 0) {
        T t = a / b;
        swap(a -= t * b, b);
        swap(u -= t * v, v);
    }
    return u >= 0 ? u % m : (m - (-u) % m) % m;
}

ll divide_int(ll a, ll b) {
    if (b < 0) a = -a, b = -b;
    return (a >= 0 ? a / b : (a - b + 1) / b);
}

// const int MOD = 1000000007;
const int MOD = 998244353;
using mint = Mod_Int<MOD>;

// ----- library -------
template <typename T>
struct Matrix {
    vector<vector<T>> A;
    int n, m;

    Matrix(int n, int m) : A(n, vector<T>(m, 0)), n(n), m(m) {}

    inline const vector<T> &operator[](int k) const { return A[k]; }

    inline vector<T> &operator[](int k) { return A[k]; }

    static Matrix I(int l) {
        Matrix ret(l, l);
        for (int i = 0; i < l; i++) ret[i][i] = 1;
        return ret;
    }

    Matrix &operator*=(const Matrix &B) {
        assert(m == B.n);
        Matrix ret(n, B.m);
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            for (int k = 0; k < m; k++) {
                for (int j = 0; j < B.m; j++) ret[i][j] += A[i][k] * B[k][j];
            }
        }
        swap(A, ret.A);
        m = B.m;
        return *this;
    }

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

    Matrix pow(long long k) const {
        assert(n == m);
        Matrix now = *this, ret = I(n);
        for (; k > 0; k >>= 1, now *= now) {
            if (k & 1) ret *= now;
        }
        return ret;
    }

    bool eq(const T &a, const T &b) const {
        return a == b;
        // return abs(a-b) <= EPS;
    }

    // 行基本変形を用いて簡約化を行い、(rank, det) の組を返す
    pair<int, T> row_reduction(vector<T> &b) {
        assert((int)b.size() == n);
        if (n == 0) return make_pair(0, m > 0 ? 0 : 1);
        int check = 0, rank = 0;
        T det = (n == m ? 1 : 0);
        for (int j = 0; j < m; j++) {
            int pivot = check;
            for (int i = check; i < n; i++) {
                if (A[i][j] != 0) pivot = i;
                // if(abs(A[i][j]) > abs(A[pivot][j])) pivot = i; // T が小数の場合はこちら
            }
            if (check != pivot) det *= T(-1);
            swap(A[check], A[pivot]), swap(b[check], b[pivot]);
            if (eq(A[check][j], T(0))) {
                det = T(0);
                continue;
            }
            rank++;
            det *= A[check][j];
            T r = T(1) / A[check][j];
            for (int k = j + 1; k < m; k++) A[check][k] *= r;
            b[check] *= r;
            A[check][j] = T(1);
            for (int i = 0; i < n; i++) {
                if (i == check) continue;
                if (!eq(A[i][j], 0)) {
                    for (int k = j + 1; k < m; k++) A[i][k] -= A[i][j] * A[check][k];
                    b[i] -= A[i][j] * b[check];
                }
                A[i][j] = T(0);
            }
            if (++check == n) break;
        }
        return make_pair(rank, det);
    }

    pair<int, T> row_reduction() {
        vector<T> b(n, T(0));
        return row_reduction(b);
    }

    // 行基本変形を行い、逆行列を求める
    pair<bool, Matrix> inverse() {
        if (n != m) return make_pair(false, Matrix(0, 0));
        if (n == 0) return make_pair(true, Matrix(0, 0));
        Matrix ret = I(n);
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            int pivot = j;
            for (int i = j; i < n; i++) {
                if (A[i][j] != 0) pivot = i;
                // if(abs(A[i][j]) > abs(A[pivot][j])) pivot = i; // T が小数の場合はこちら
            }
            swap(A[j], A[pivot]), swap(ret[j], ret[pivot]);
            if (eq(A[j][j], T(0))) return make_pair(false, Matrix(0, 0));
            T r = T(1) / A[j][j];
            for (int k = j + 1; k < n; k++) A[j][k] *= r;
            for (int k = 0; k < n; k++) ret[j][k] *= r;
            A[j][j] = T(1);
            for (int i = 0; i < n; i++) {
                if (i == j) continue;
                if (!eq(A[i][j], T(0))) {
                    for (int k = j + 1; k < n; k++) A[i][k] -= A[i][j] * A[j][k];
                    for (int k = 0; k < n; k++) ret[i][k] -= A[i][j] * ret[j][k];
                }
                A[i][j] = T(0);
            }
        }
        return make_pair(true, ret);
    }

    // Ax = b の解の 1 つと解空間の基底の組を返す
    vector<vector<T>> Gaussian_elimination(vector<T> b) {
        row_reduction(b);
        vector<vector<T>> ret;
        vector<int> p(n, m);
        vector<bool> is_zero(m, true);
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            for (int j = 0; j < m; j++) {
                if (!eq(A[i][j], T(0))) {
                    p[i] = j;
                    break;
                }
            }
            if (p[i] < m) {
                is_zero[p[i]] = false;
            } else if (!eq(b[i], T(0))) {
                return {};
            }
        }
        vector<T> x(m, T(0));
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            if (p[i] < m) x[p[i]] = b[i];
        }
        ret.push_back(x);
        for (int j = 0; j < m; j++) {
            if (!is_zero[j]) continue;
            x[j] = T(1);
            for (int i = 0; i < n; i++) {
                if (p[i] < m) x[p[i]] = -A[i][j];
            }
            ret.push_back(x);
            x[j] = T(0);
        }
        return ret;
    }
};
// ----- library -------

int main() {
    ios::sync_with_stdio(false);
    std::cin.tie(nullptr);
    cout << fixed << setprecision(15);

    const int si = 1e7 + 10;
    vector<mint> f(si);
    f[0] = 1, f[1] = 2;
    rep2(i, 2, si) f[i] = f[i - 1] * i * 2 + f[i - 2] * (i - 1);
    int T;
    cin >> T;
    while (T--) {
        ll n, m;
        cin >> n >> m;
        if (n > m)
            swap(n, m);
        if (n == 0) {
            cout << 1 << '\n';
            continue;
        }
        Matrix<mint> a(2, 2), b(2, 1);
        a[0][0] = n * 2 + 1, a[0][1] = n;
        a[1][0] = 1, a[1][1] = 0;
        b[0][0] = f[n];
        b[1][0] = f[n - 1];
        auto ret = a.pow(m - n) * b;
        cout << ret[0][0] * f[n] + ret[1][0] * f[n - 1] * n << '\n';
    }
}
0