【SDOI2017】硬币游戏【KMP】【概率期望】【高斯消元】

题意:给 nnn 个长度为 mmm 的 01 串,一个 01 串初始为空,不断随机一个字符加在后面,当出现给定的 nnn 个串中的一个时停止。分别求在 nnn 个串处停止的概率。

考场思路历程:

显然建出 AC 自动机(flag++)

然后发现变成了 CF113D Museum,有个 O((nm)3)O((nm)^3)O((nm)3) 的做法

考虑方程有什么特殊性质

  1. 在 trie 树上要么往下走一步,要么往上走

也就是说是 Linear Creature 的二叉树版。

然后发现要求任意点出发所有点的出现次数期望,不弱于原问题,无法推广。

  1. 矩阵中有值的位置是 O(n)O(n)O(n) 的。

但是是竖着放的,没时间了没仔细想。

正解:

既然方程的特殊性质不好优化,考虑直接想办法求出 nnn 个答案的方程。

PiP_{i}Pi 为第 iii的期望出现次数,即概率,即答案。特别地,记 P0P_0P0 为所有未终止状态(即 AC 自动机上无标记的点)的期望长度,即期望出现次数之和。

考虑对 PiP_iPi 建立方程。

无视掉走到就终止的条件,考虑所有未终止状态,往后面按 SiS_iSimmm 步,得到了一个状态的可重集,注意有些状态可能不合法但也算在内(不过都在 AC 自动机上)。

从这个过程来考虑,因为限制了后面 mmm 步的走法,这些状态的期望出现次数之和就是 12mP0\frac{1}{2^m}P_02m1P0

如果过程中没有到过终止状态,那么就是 PiP_iPi。否则我们枚举第一个终止状态以及是走了几步达到的,设达到的串为 SjS_jSj(注意 i,ji,ji,j 可以相等),是走了 kkk 步后达到的,因为所有串长相等,所以此时一定是合法状态。然后就在 PjP_jPj 的基础上继续走 m−km-kmk 步。

得到方程:

12mP0=Pi+∑j=1n∑k=1m−1[Si,1∼k=Sj,m−k+1∼m]Pj2m−k\frac{1}{2^m}P_0=P_i+\sum_{j=1}^n\sum_{k=1}^{m-1}[S_{i,1\sim k}=S_{j,m-k+1\sim m}]\frac{P_j}{2^{m-k}}2m1P0=Pi+j=1nk=1m1[Si,1k=Sj,mk+1m]2mkPj

然后对每对 i,ji,ji,j 跑个 kmp 就可以了。

什么?终止状态的长度小于 m−km-kmk 怎么办?反正只有有限个,忽略好了。

然后再加一个 ∑i=1nPi=1\sum _{i=1}^ nP_i=1i=1nPi=1 的方程来得到数值,一共有 n+1n+1n+1 个方程和 n+1n+1n+1 个未知数,高斯消元解出来就可以了。

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <cctype>
#include <cmath>
#define MAXN 305
using namespace std;
char s[MAXN][MAXN];
int n,m;
double pw[MAXN],a[MAXN][MAXN];
int nxt[MAXN];
void gauss(int n)
{for (int i=0;i<n;i++){int pos=i;for (int j=i+1;j<=n;j++) if (fabs(a[j][i])>fabs(a[pos][i])) pos=j;if (pos>i) swap(a[i],a[pos]);for (int j=0;j<=n;j++)if (i!=j){double t=a[j][i]/a[i][i];for (int k=i;k<=n;k++) a[j][k]-=t*a[i][k];}}
}
int main()
{scanf("%d%d",&n,&m);for (int i=1;i<=n;i++) scanf("%s",s[i]+1);pw[0]=1;for (int i=1;i<=m;i++) pw[i]=pw[i-1]/2;for (int i=1;i<=n;i++){a[i][0]=-pw[m];a[i][i]+=1;int pos=0;for (int j=2;j<=m;j++){while (pos&&s[i][j]!=s[i][pos+1]) pos=nxt[pos];if (s[i][j]==s[i][pos+1]) nxt[j]=++pos;else nxt[j]=0;}for (int j=1;j<=n;j++){pos=0;for (int k=1;k<=m;k++){while (pos&&s[j][k]!=s[i][pos+1]) pos=nxt[pos];if (s[j][k]==s[i][pos+1]) ++pos;}if (i==j) pos=nxt[pos];for (;pos;a[i][j]+=pw[m-pos],pos=nxt[pos]);}a[n+1][i]=1;}a[n+1][n+1]=1;gauss(n+1);for (int i=1;i<=n;i++) printf("%.10f\n",a[i][n+1]/a[i][i]);return 0;
}

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