#P6073. 『MdOI R1』Epic Convolution

    ID: 5016 Type: RemoteJudge 400ms 500MiB Tried: 0 Accepted: 0 Difficulty: 7 Uploaded By: Tags>动态规划,dp数学组合数学斯特林数,Stirling生成函数,GF快速傅里叶变换 FFT快速数论变换 NTT

『MdOI R1』Epic Convolution

题目背景

小 Q 是神仙,尤其喜欢多项式。

这天小 K 问了道题:

给定长度 nn 的序列 g,hg,h,求 ff 满足 fn=k=0ngkhnkf_n=\sum\limits_{k=0}^{n}g_kh_{n-k}

小 Q 对小 K 说:你这个菜鸡,这不随便卷一下就行了吗,你 FFT 怎么学的了。

然后小 K 花了一个月学习 FFT 和 NTT。又跑过去问小 Q 一道题:

给定长度 nn 的序列 g,hg,h,求 ff 满足 fn=k=0n(nk)gkhnkf_n=\sum\limits_{k=0}^{n}\binom{n}{k}g_kh_{n-k}

小 Q 对小 K 说:你这个菜鸡,这不随便卷一下就行了吗,你 FFT 怎么学的了。

然后小 K 又花了一个月学习 FFT 和 NTT。又跑过去问小 Q 一道题:

给定长度 nn 的序列 g,hg,h,求 ff 满足 fn=k=0nkngkhnkf_n=\sum\limits_{k=0}^{n}k^ng_kh_{n-k}

小 Q 对小 K 说:你这个菜鸡,这不随便卷一下就行了吗,你 FFT 怎么学的了。

然后他仔细看了一遍,傻眼了,发现他不会这道题。

为了吊打小 K,你需要告诉他 44 个特殊情况的做法。

题目描述

给定特定的序列 g,hg,h,求 fnf_n 满足 fn=k=0nkngkhnkf_n=\sum\limits_{k=0}^{n}k^ng_kh_{n-k}

本题有五个子任务,前四个子任务给定不同形式的 g,hg,h,需要求出 fnf_n,第五个子任务不依赖于这个等式,但是形式上与此相似。

注意,本题所有输出请对 998244353998244353119×223+1119\times 2^{23}+1,一个质数)取模。


Subtask 1(4 pts):

给定一个 nn,你需要回答 qq 组询问,每组询问给定一个整数 mm

每组询问的 gghh 如下所示(0kn0\leq k\leq n):

gk={1,k<m0,kmg_k=\begin{cases}1,&k<m\\0,&k\geq m\end{cases} hk=1h_k=1

你需要回答出 fnf_n 的值。


Subtask 2,3(16,16 pts):

这两个子任务给定的序列 g,hg,h 形式相同,但数据范围不同,请仔细阅读数据范围。

你需要回答 qq 组询问,每组询问给定两个整数 n,mn,m

每组询问的 gghh 如下所示(0kn0\leq k\leq n):

gk=1(k+m+1)!g_k=\frac{1}{(k+m+1)!} $$h_k=\begin{cases}0,&k<m\\\frac{(-1)^{k-m}}{(k-m)!},&k\geq m\end{cases} $$

你需要回答出 fnf_n 的值。


Subtask 4(32 pts):

你需要回答 qq 组询问,每组询问给定两个整数 n,mn,m

每组询问的 gghh 如下所示(0kn0\leq k\leq n):

gk=kmk!g_k=\frac{k^m}{k!} hk=(1)kk!h_k=\frac{(-1)^k}{k!}

你需要回答出 fnf_n 的值。


Subtask 5(32 pts):

你需要回答 qq 组询问,每组询问给定两个整数 n,mn,m

注意下面 n,mn,m 的含义,不要看反。

$$\sum\limits_{k=0}^{m}(k+1)^m\dfrac{(k+1)^{n+1}}{(k+1)!}\sum\limits_{i=0}^{m-k}\dfrac{\binom{2n+1}{i}(-1)^{m-k}}{(m-k-i)!(k+1)^i} $$

你需要回答出上面这个式子的值。

与前四个 Subtask 相似之处是,求和的一开始是幂的形式。

输入格式

第一行一个整数 opop,表示子任务编号。

op=1op=1

第二行一个整数 nn,第三行一个整数 qq

接下来 qq 行,每行一个整数 mm

op{2,3,4,5}op\in \{2,3,4,5\}

第二行一个整数 qq

接下来 qq 行:每行两个整数 n,mn,m

所有变量含义见题目描述。

输出格式

对于每组询问,一行一个整数,表示答案。

1
5
2
2
3
1
33

2
2
4 2
18 7
440891256
841247136
4
2
4 2
20 9
65
429844531

5
2
4 2
30 12
58
475486366

提示

样例解释 1

在这组样例中,需要解决第一个子任务,n=5,  q=2n=5,\ \ q=2

第一组询问中,m=2m=2,则(省略了 00 的加数项):

$$[g_0\ \ g_1\ \ g_2\ \ g_3\ \ g_4\ \ g_5]=[1\ \ 1\ \ 0\ \ 0\ \ 0\ \ 0] $$$$[h_0\ \ h_1\ \ h_2\ \ h_3\ \ h_4\ \ h_5]=[1\ \ 1\ \ 1\ \ 1\ \ 1\ \ 1] $$f5=15×g1h4=1f_5=1^5\times g_1h_4=1

第二组询问中,m=3m=3,则:

$$[g_0\ \ g_1\ \ g_2\ \ g_3\ \ g_4\ \ g_5]=[1\ \ 1\ \ 1\ \ 0\ \ 0\ \ 0] $$$$[h_0\ \ h_1\ \ h_2\ \ h_3\ \ h_4\ \ h_5]=[1\ \ 1\ \ 1\ \ 1\ \ 1\ \ 1] $$f5=15×g1h4+25×g2h3=33f_5=1^5\times g_1h_4+2^5\times g_2h_3=33

样例解释 2

在这组样例中,需要解决第二个子任务,q=2q=2

第一组询问中,n=4,  m=2n=4,\ \ m=2,则:

$$[g_0\ \ g_1\ \ g_2\ \ g_3\ \ g_4]=[\dfrac{1}{6}\ \ \dfrac{1}{24}\ \ \dfrac{1}{120}\ \ \dfrac{1}{720}\ \ \dfrac{1}{5040}] $$$$[h_0\ \ h_1\ \ h_2\ \ h_3\ \ h_4]=[0\ \ 0\ \ 1\ \ -1\ \ \dfrac{1}{2}] $$$$f_5=1^4\times g_1h_3+2^4\times g_2h_2=\dfrac{11}{120} $$

f5=11120f_5=\dfrac{11}{120}998244353998244353 取模后等于 440891256440891256

第二组询问范围过大,不进行样例解释。


样例解释 3

在这组样例中,需要解决第四个子任务,q=2q=2

第一组询问中,n=4,  m=2n=4,\ \ m=2,则:

$$[g_0\ \ g_1\ \ g_2\ \ g_3\ \ g_4]=[0\ \ \ 1\ \ \ 2\ \ \ \dfrac{3}{2}\ \ \dfrac{2}{3}] $$$$[h_0\ \ h_1\ \ h_2\ \ h_3\ \ h_4]=[1\ \ -1\ \ \dfrac{1}{2}\ \ -\dfrac{1}{6}\ \ \dfrac{1}{24}] $$$$f_5=1^4\times g_1h_3+2^4\times g_2h_2+3^4\times g_3h_1+4^4\times g_4h_0=65 $$

第二组询问范围过大,不进行样例解释。


样例解释 4

在这组样例中,需要解决第五个子任务,q=2q=2

第一组询问中,n=4,  m=2n=4,\ \ m=2,则枚举 k,ik,i

$$k=0,\ \ i=0:\ \ (k+1)^m\dfrac{(k+1)^{n+1}}{(k+1)!}\dfrac{\binom{2n+1}{i}(-1)^{m-k}}{(m-k-i)!(k+1)^i}=\dfrac{1}{2} $$$$k=0,\ \ i=1:\ \ (k+1)^m\dfrac{(k+1)^{n+1}}{(k+1)!}\dfrac{\binom{2n+1}{i}(-1)^{m-k}}{(m-k-i)!(k+1)^i}=9 $$$$k=0,\ \ i=2:\ \ (k+1)^m\dfrac{(k+1)^{n+1}}{(k+1)!}\dfrac{\binom{2n+1}{i}(-1)^{m-k}}{(m-k-i)!(k+1)^i}=36 $$$$k=1,\ \ i=0:\ \ (k+1)^m\dfrac{(k+1)^{n+1}}{(k+1)!}\dfrac{\binom{2n+1}{i}(-1)^{m-k}}{(m-k-i)!(k+1)^i}=-64 $$$$k=1\ \ i=1:\ \ (k+1)^m\dfrac{(k+1)^{n+1}}{(k+1)!}\dfrac{\binom{2n+1}{i}(-1)^{m-k}}{(m-k-i)!(k+1)^i}=-288 $$$$k=2\ \ i=0:\ \ (k+1)^m\dfrac{(k+1)^{n+1}}{(k+1)!}\dfrac{\binom{2n+1}{i}(-1)^{m-k}}{(m-k-i)!(k+1)^i}=\dfrac{729}{2} $$

全部相加,结果为 5858

第二组询问范围过大,不进行样例解释。


数据范围

本题采用捆绑测试,不同 Subtask 的题意不同。

子任务编号 qq\leq nn\leq mm\leq 分值
1 5×1055\times 10^5 10510^5 min(105,n)\min(10^5,n) 4
2 2×1052\times 10^5 2020 16
3 2020 998244352998244352
4(31-40) 5×1055\times 10^5 2×1052\times 10^5 1010 32
4(51-60) 2020 1010510^{10^5}
5 5×1055\times 10^5 2×1032\times 10^3

所有输入均为正整数。