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op_组撒头屯
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Pro3182  sortaa

真让我给干出来了我去。已加入“超级无敌神仙炫酷无敌原神大王”豪华套餐。


首先考虑 $k=0$ 的情况,我们在置换环上考虑,每次操作为选择若干对不交点对,并让每对点交换出边,最终目标是全部为自环。


首先考虑计算 $f(A)$。


引理:对于一个 $n(n\ge 3)$ 元环,可以一次操作将其变为若干二元环和自环。


证明:不妨将 $n$ 元环按有向边方向编号 $1$ 到 $n$。那么构造方案 $(1,n),(2,n-1),...$ 即可(若 $n$ 为奇数会剩下一个点不操作),证毕。


而二元环可以一步变为两个自环,于是 $f(A)\le 2$。具体的,若原图只有自环,则 $f(A)=0$;若原图只有二元环,则 $f(A)=1$;否则,$f(A)=2$。



接下来考虑计算 $g(A)$。


对于 $f(A)\le 1$ 的情况显然 $g(A)=1$。下面只考虑 $f(A)=2$ 的情况。


通过大量手玩,我们可以发现多元环的变化流程都能被概括为:$n (n\ge 3)$ 元环 $\to$ 若干二元环 $\to$ 若干自环。


由于第二步的操作是固定的,我们注重考虑第一步的方案数。首先注意到在两个环长不同的环间操作一定不能全部拆解为二元环,那么我们只需考虑在同种环间的操作。


对于 $n(n\ge 3)$ 元环,“拆解”有两种形式:


1. 一个 $n$ 元环自主拆解,有 $n$ 种方案。对于 $n$ 为奇数,同引理的证明的构造方式,可任选不操作的点。对于 $n$ 为偶数,引理证明的构造有 $\frac{n}{2}$ 种方案,再加上 $(2,n),(3,n-1),...$ 这种构造($1$ 和 $\frac{n}{2}+1$ 都不操作)也有 $\frac{n}{2}$ 种方案,故共有 $n$ 中方案。


2. 两个 $n$ 元环配对,有 $n$ 种方案。记两个环的编号分别为 $x_i,y_i$,那么构造操作 $(x_1,y_n),(x_2,y_{n-1}),...,(x_n,y_1)$ 即可,由于 $y$ 可以旋转 $n$ 次,故共有 $n$ 种方案。


那么如果我们有 $m$ 个 $n$ 元环,方案数记作 $f_{n,m}$。考虑最后一个环是否去配对,有递推:


$$f_{n,m}=n[f_{n,m-1}+(m-1)f_{n,m-2}]$$


对于二元环,由于它不需要专门去变为二元环,它的“拆解”有三种形式:


1. 第一步变为自环,第二步不操作。


2. 第一步不操作,第二步变为自环。


3. 第一步找另一个二元环配对,操作后仍为两个二元环,第二步变为自环。


通过计算发现,最终的式子与 $n\ge3$ 时的形式一样。


对于自环,与 $n\ge3$ 时的情况类似,最终的式子也一样,留做练习。


由于每种环长是独立的,对每种环长计算方案数并相乘即为答案。至此,我们得到了一个复杂度 $O(nk!)$ 的做法。



接下来的优化是相对容易的。


观察每个未知点所在的联通块,它一定是一条链,其中未知点为链尾,其他未知点只能连向链首。那么我们可以将它视作一个带点权的大点,这样就转化为了 $k$ 个大点之间相互的连边情况。


注意到我们只关心最终环的集合,而不关心其内部的连边方式,那么我们只需要枚举这 $k$ 个大点的划分即可,共有 $bell(k)\le 4213597$ 种,可以接受。


考虑一种划分 $P$,那么其对应排列的方案数为 $\prod_{x\in P}(x-1)!$,累加答案时作为附加系数即可。


对于这新形成的 $O(k)$ 的环,我们考虑直接去维护它们的加入。具体的,对于原图中完整的环,它们一定不包含未知点,所以是固定的,我们预处理它们的答案,以及每个环长的出现次数 $cnt_i$。当加入一个新环时,直接将答案乘上 $\frac{f_{i,cnt_i+1}}{f_{i,cnt_i}}$ 即可。由于我们不能迅速求一个 $f_{i,j}$,但注意到新的 $cnt_i' \le cnt_i+k$,那么我们只需要预处理出 $f_{i,cnt_i},...,f_{i,cnt_i+k}$ 即可,由于我们可以递推求 $f$,那么这是简单的。


至此,我们得到了复杂度 $O(bell(k)k+nk)$ 的做法。






2024-07-07 08:50:00    
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