E. Number of k-good subarrays
题意
定义 b i t ( x ) bit(x) bit(x) 为 x x x 的二进制表示下 1 1 1 的数量
一个数组的子段被称为 k − g o o d k-good k−good 的当且仅当:对于这个子段内的每个数 x x x,都有 b i t ( x ) ≤ k bit(x) \leq k bit(x)≤k
现在给定一个长度为 n n n 的数组 a a a,且 ∀ 0 ≤ i < n , a i = i \forall 0 \leq i < n, a_i = i ∀0≤i<n,ai=i,即 a = { 0 , 1 , 2 , . . . n − 1 } a = \{0, 1, 2, ... n - 1\} a={0,1,2,...n−1}
求出 a a a 中 k − g o o d k-good k−good 的子段数量
思路
首先我们观察发现:可以先将原数组选出连续的若干段,使得每一段都是极大的 k − g o o d k-good k−good 子段,也就是不能再往两边扩了。假设这一段的长度为 l e n len len,那么这一段对答案的贡献是: C l e n + 1 2 C_{len+1} ^ 2 Clen+12
由于问题规模过大,我们考虑分治:
定义 f ( n , k ) f(n, k) f(n,k) 为在 [ 0 , n − 1 ] [0, n - 1] [0,n−1] 中的 k − g o o d k-good k−good 子段数量,这个子状态返回一个元组 { r e s , l , r } \{res, l, r\} {res,l,r}
- r e s res res 表示 [ 0 , n − 1 ] [0, n - 1] [0,n−1] 里符合条件的子段数量
- l l l 表示从头开始的最长连续 k − g o o d k-good k−good 长度
- r r r 表示从尾开始的最长连续 k − g o o d k-good k−good 长度
我们再找到一个最大的 m m m,使得 2 m < n 2^m < n 2m<n,即 2 m ≤ n − 1 2 ^ m \leq n - 1 2m≤n−1
并将 [ 0 , n − 1 ] [0, n - 1] [0,n−1] 分成两段: [ 0 , 2 m − 1 ] [0, 2 ^ m - 1] [0,2m−1] 和 [ 2 m , n − 1 ] [2^m, n - 1] [2m,n−1]
我们发现第一段其实就是子问题 f ( 2 m , k ) f(2 ^ m, k) f(2m,k),那么第二段呢?它并不从零开始,好像无法转换成某一个子状态。
__builtin_clzll ( n ) 可以算出 n n n 的前导 0 0 0 数量
其实 2 m 2^m 2m 的最高位一定是和 n − 1 n - 1 n−1 的最高位相同的,那么我们就等价于提前为第 m m m 为预定了一个 1 1 1,第二段就转换成了子状态: f ( n − 2 m , k − 1 ) f(n - 2^m, k - 1) f(n−2m,k−1)
因此, f ( n , k ) = f ( 2 m , k ) + f ( n − 2 m , k − 1 ) f(n, k) = f(2 ^ m, k) + f(n - 2 ^ m, k - 1) f(n,k)=f(2m,k)+f(n−2m,k−1)
不难发现,第二部分的复杂度为 O ( log n ) O(\log n) O(logn),而第一部分由于它的第一个分量永远为 2 2 2 的整数次幂,因此第一部分最多有 O ( k ⋅ log n ) O(k \cdot \log n) O(k⋅logn) 种状态,我们可以使用记忆化加速搜索
当我们得到两个部分的返回 { r e s 1 , l 1 , r 1 } \{res_1, l_1, r_1 \} {res1,l1,r1} 和 { r e s 2 , l 2 , r 2 } \{res_2, l_2, r_2 \} {res2,l2,r2} 之后,我们可以归并答案,由于之前我们把 r 1 r_1 r1 向前延伸和 l 2 l_2 l2 向后延伸的算在了 r e s 1 res_1 res1 和 r e s 2 res_2 res2 里,因此我们在合并中间的连续段的时候(合二为一),需要减掉之前的错误统计。
即 r e s = r e s 1 + r e s 2 − C r 1 + 1 2 − C l 2 + 1 2 + C r 1 + l 2 + 1 2 res = res_1 + res_2 - C_{r_1 + 1}^2 - C_{l_2 + 1}^2 + C_{r_1 + l_2 + 1}^2 res=res1+res2−Cr1+12−Cl2+12+Cr1+l2+12
#include<bits/stdc++.h>
#define fore(i,l,r) for(int i=(int)(l);i<(int)(r);++i)
#define fi first
#define se second
#define endl '\n'
#define ull unsigned long long
#define ALL(v) v.begin(), v.end()
#define Debug(x, ed) std::cerr << #x << " = " << x << ed;const int INF=0x3f3f3f3f;
const long long INFLL=1e18;typedef long long ll;template<class T>
constexpr T power(T a, ll b){T res = 1;while(b){if(b&1) res = res * a;a = a * a;b >>= 1;}return res;
}constexpr ll mul(ll a,ll b,ll mod){ //快速乘,避免两个long long相乘取模溢出ll res = a * b - ll(1.L * a * b / mod) * mod;res %= mod;if(res < 0) res += mod; //误差return res;
}template<ll P>
struct MLL{ll x;constexpr MLL() = default;constexpr MLL(ll x) : x(norm(x % getMod())) {}static ll Mod;constexpr static ll getMod(){if(P > 0) return P;return Mod;}constexpr static void setMod(int _Mod){Mod = _Mod;}constexpr ll norm(ll x) const{if(x < 0){x += getMod();}if(x >= getMod()){x -= getMod();}return x;}constexpr ll val() const{return x;}explicit constexpr operator ll() const{ return x; //将结构体显示转换为ll类型: ll res = static_cast<ll>(OBJ)}constexpr MLL operator -() const{ //负号,等价于加上ModMLL res;res.x = norm(getMod() - x);return res;}constexpr MLL inv() const{assert(x != 0);return power(*this, getMod() - 2); //用费马小定理求逆}constexpr MLL& operator *= (MLL rhs) & { //& 表示“this”指针不能指向一个临时对象或const对象x = mul(x, rhs.x, getMod()); //该函数只能被一个左值调用return *this;}constexpr MLL& operator += (MLL rhs) & {x = norm(x + rhs.x);return *this;}constexpr MLL& operator -= (MLL rhs) & {x = norm(x - rhs.x);return *this;}constexpr MLL& operator /= (MLL rhs) & {return *this *= rhs.inv();}friend constexpr MLL operator * (MLL lhs, MLL rhs){MLL res = lhs;res *= rhs;return res;}friend constexpr MLL operator + (MLL lhs, MLL rhs){MLL res = lhs;res += rhs;return res;}friend constexpr MLL operator - (MLL lhs, MLL rhs){MLL res = lhs;res -= rhs;return res;}friend constexpr MLL operator / (MLL lhs, MLL rhs){MLL res = lhs;res /= rhs;return res;}friend constexpr std::istream& operator >> (std::istream& is, MLL& a){ll v;is >> v;a = MLL(v);return is;}friend constexpr std::ostream& operator << (std::ostream& os, MLL& a){return os << a.val();}friend constexpr bool operator == (MLL lhs, MLL rhs){return lhs.val() == rhs.val();}friend constexpr bool operator != (MLL lhs, MLL rhs){return lhs.val() != rhs.val();}
};const ll mod = 1e9 + 7;
using Z = MLL<mod>;const ll INV = 500000004ll; //2的逆元std::map<std::pair<ll, int>, std::tuple<Z, ll, ll>> mem; //记忆化std::tuple<Z, ll, ll> dfs(ll n, int k){if(k < 0) return {0, 0, 0};if(n == 1) return {1, 1, 1}; //小于1只有0int m = 63 - __builtin_clzll(n);ll mid = 1ll << m;if(mid == n){--m;mid >>= 1;if(mem.count({n, k})) return mem[{n, k}];}auto [res1, l1, r1] = dfs(mid, k);auto [res2, l2, r2] = dfs(n - mid, k - 1);Z w1 = Z(r1) * (r1 + 1) * INV;Z w2 = Z(l2) * (l2 + 1) * INV;Z tmp(r1 + l2);Z res = res1 + res2 - w1 - w2 + tmp * (tmp + 1) * INV;ll l = l1, r = r2;if(l1 == mid) l += l2;if(r2 == n - mid) r += r1;if((mid << 1) == n) mem[{n, k}] = {res, l, r};return {res, l, r};
}int main(){std::ios::sync_with_stdio(false);std::cin.tie(nullptr);std::cout.tie(nullptr);int t;std::cin >> t;while(t--){ll n;int k;std::cin >> n >> k;auto [ans, l, r] = dfs(n, k);std::cout << ans << endl;}return 0;
}