3233 Matrix Power Series 矩阵乘法

本文介绍了一种高效计算矩阵A的幂级数求和的方法,即求从A到Ak的矩阵序列之和。通过快速幂算法优化计算过程,特别适用于大指数情况。文章提供了完整的C++代码实现。

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Matrix Power Series
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Description

Given a n × n matrix A and a positive integer k, find the sum S = A + A2 + A3 + … + Ak.

Input

The input contains exactly one test case. The first line of input contains three positive integers n (n ≤ 30), k (k ≤ 109) and m (m < 104). Then follow n lines each containing n nonnegative integers below 32,768, giving A’s elements in row-major order.

Output

Output the elements of S modulo m in the same way as A is given.

Sample Input

2 2 4
0 1
1 1

Sample Output

1 2
2 3

Source

POJ Monthly--2007.06.03, Huang, Jinsong

 

#include<cstdio>

#define maxn 32

int m,n,k;

struct Matrix

{

    int m[maxn][maxn];

} mat;

Matrix operator * (const Matrix & m1,const Matrix & m2)

{

    Matrix res;

    for(int i=0;i<n;i++)

        for(int j=0;j<n;j++)

        {

            res.m[i][j]=0;

            for(int k=0;k<n;k++)

            {

                res.m[i][j]+=m1.m[i][k]*m2.m[k][j];

            }

            res.m[i][j]%=m;

        }

    return res;

}

Matrix operator +(const Matrix & m1,const Matrix & m2)

{

    Matrix res;

    for(int i=0;i<n;i++)

        for(int j=0;j<n;j++)

            res.m[i][j]=(m1.m[i][j]+m2.m[i][j])%m;

    return res;

}

Matrix power(int l)

{

    if(l<=0)

    {

        Matrix res;

        for(int i=0;i<4;i++)

        {

            for(int j=0;j<4;j++)

                res.m[i][j]=0;

            res.m[i][i]=1;

        }

    }

    else if(l==1)

    {

        return mat;

    }

    else

    {

        Matrix res;

        Matrix tmp=power(l/2);

        res=tmp*tmp;

        if(l&1)

            res=res*mat;

        return res;

    }

}

Matrix solve(int k)

{

    Matrix res;

    if(k<=0)

    {

        for(int i=0;i<n;i++)

        {

            for(int j=0;j<n;j++)

                res.m[i][j]=0;

            res.m[i][i]=1;

        }

        return res;

    }

    else if(k==1)

        return mat;

    else

    {

        res=solve(k/2);

        if(k&1)  //k是奇数

        {

            Matrix tmp=power(k/2+1);

            res=tmp*res+res+tmp;

        }

        else //k是偶数

        {

            res=power(k/2)*res+res;

        }

        return res;

    }

}

void print(const Matrix & m)

{

    for(int i=0;i<n;i++)

    {

        for(int j=0;j<n-1;j++)

            printf("%d ",m.m[i][j]);

        printf("%d/n",m.m[i][n-1]);

    }

}

int main()

{

    scanf("%d%d%d",&n,&k,&m);

    for(int i=0;i<n;i++)

        for(int j=0;j<n;j++)

        {

            scanf("%d",&mat.m[i][j]);

            mat.m[i][j]%=m;

        }

    print(solve(k));

    return 0;

}

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