1 条题解

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    @ 2025-10-30 17:18:18

    1. 题意理解

    我们有一个大数 R R ,它的二进制表示是字符串 S S 重复 K K 次得到的,且 S S 的第一个字符是 1,所以 R R 是一个很大的二进制数。

    我们要在 [0,R1] [0, R-1] 中选出 N N 个不同的整数,使得它们的异或和为 0 0 ,问方案数。

    • 顺序不重要(组合数)。
    • N3 N \ge 3 ,且 N7 N \le 7
    • K K 最大 105 10^5 S |S| 最大 50 50

    2. 问题转化

    m=S m = |S| ,那么 R R 的二进制长度是 mK mK

    我们是在 [0,R1] [0, R-1] 中选数,也就是小于R R 的非负整数。


    2.1 数位 DP 思路

    这是一个典型的 数位 DP 问题,不过这里不是统计一个数,而是统计 N N 个数的组合,并且要求它们异或和为 0 0

    由于 N N 很小(最大 7),我们可以用一个 DP 状态表示:

    • 当前处理到二进制第几位(从高位到低位)
    • 当前 N N 个数在这一位之前与 R R 的前缀的大小关系(是否已经小于 R R 的对应前缀)
    • 当前已确定部分的异或和(其实不需要记录完整异或和,因为只关心最终为 0)

    但这里 N N 个数是 不同的,并且是组合不是排列,所以我们需要考虑不同数的限制。


    3. 关键难点

    难点在于 R R 是由 S S 重复 K K 次得到的,这提示我们可能要用 矩阵快速幂自动机 + DP 来加速。


    3.1 循环节性质

    S S 的长度为 m m ,那么 R R 的二进制形式是 S S 重复 K K 次。

    考虑从高到低处理二进制位,每 m m 位是一个循环节(内容相同),但是注意:每个循环节内的位是固定的,由 S S 给出。


    3.2 逐块处理

    我们可以把整个二进制串分成 K K 块,每块长度 m m ,每块内的二进制模式相同。

    定义状态:

    • 当前块索引 i i (从 0 到 K1 K-1
    • 一个大小为 2N 2^N 的向量,表示前面所有块中,N N 个数与 R R 的大小关系(即是否已经小于 R R 的对应前缀)以及当前块开始前的异或和的高位部分?

    实际上更精确的模型是:


    4. 自动机构建

    我们考虑一个长度为 mK mK 的二进制数 R R ,我们要选 N N 个数 x1,x2,,xN<R x_1, x_2, \dots, x_N < R

    我们可以同时进行 N N 个数的大小比较,用一个 N N 位的状态 表示每个数目前是等于 R R 的前缀(0)还是已经小于(1)。

    同时,我们还需要记录当前所有已确定位的异或和(模 2),但这里长度很长,不能直接记录整个异或和。不过因为最终要求整个异或和为 0,我们可以逐位处理,并在最后检查。


    4.1 逐位 DP

    dp[pos][mask][xor] dp[pos][mask][xor] 表示:

    • 当前处理到位 pos pos (从高位到低位,总共有 mK mK 位)
    • mask mask N N 位二进制,第 j j 位为 1 表示 xj x_j 已经小于 R R 的前缀,否则表示等于
    • xor xor 当前已处理的所有位的异或和(0 或 1)

    但这样状态数太大:mK×2N×2 mK \times 2^N \times 2 K K 很大时不行。


    5. 利用循环节

    因为 R R S S 重复 K K 次,所以除了第一个块,后面的块模式相同。

    我们可以先对 一个块(长度为 m m )进行预处理,计算转移矩阵:

    • 输入:进入这个块时的 mask mask (大小关系状态)
    • 输出:离开这个块后的新 mask mask ,以及在这个过程中,有多少种方法使得最终异或和为 0(或者我们只记录转移计数,最后再考虑异或和)

    5.1 单块 DP

    对于固定的一个 m m 位块(即 S S ),我们做 DP:

    f[i][mask][xor] f[i][mask][xor] 表示在块内处理到第 i i 位(0 到 m1 m-1 ),当前大小关系状态是 mask mask ,当前块内已处理位的异或和为 xor xor 的方案数。

    转移时,枚举 N N 个数在当前位的取值(0 或 1),但要满足大小关系约束:如果某个数之前是等于 R R 的对应前缀,那么这一位不能大于 R R 的这一位(即 S[i] S[i] );如果等于,则保持等于状态,如果小于,则可以任意取。


    5.2 块间转移

    一个块处理完后,输出的是新的 mask mask' 和这个块内异或和,但块与块之间的异或和是累加的(按位异或),所以我们需要记录块间的异或和吗?不行,因为最终只要总异或和为 0,中间过程可以任意。

    实际上,我们可以把 异或和 0 的条件放到最后再检查,即我们只统计那些整个 mK mK 位异或和为 0 的方案。


    6. 最终解法框架

    1. 单块转移矩阵 T[mask][newMask] T[mask][newMask] 表示:从进入块时大小状态 mask mask ,到离开块时大小状态 newMask newMask ,并且 不记录异或和(因为异或和是全局的,不能分块简单合并?这里需要处理)。

      实际上,异或和是线性的(模 2),所以我们可以把异或和也作为状态的一部分在块间传递。但这样状态数是 2N×2 2^N \times 2 ,仍然可行。

      那么单块 DP 得到 T[mask][xor][newMask][newXor] T[mask][xor][newMask][newXor] 表示:进入时 (mask,xor) (mask, xor) 到离开时 (newMask,newXor) (newMask, newXor) 的方案数。

    2. 整个 R R K K 个块,第一个块可能特殊?不,所有块二进制模式相同,但第一个块进入时 mask=0 mask = 0 (所有数都等于前缀),后面块进入时 mask mask 可能非 0。

    3. 用矩阵快速幂把 K K 个块的转移合并。

    4. 初始状态:(mask=0,xor=0) (mask=0, xor=0) 方案数 = 1。 最终状态:(mask=任意,xor=0) (mask=任意, xor=0) 的方案数总和。


    7. 不同数的处理

    我们还要保证 N N 个数互不相同。这可以在单块 DP 中处理:在枚举当前位的取值时,如果两个数之前状态相同(都等于前缀)并且这一位取值相同,则它们仍然相同;如果某个数已经小于,则可以任意。我们要求最终所有数不能完全相同(即至少有一位不同),但题目要求严格不同,所以如果两个数在所有位都相等,则非法。

    我们可以在最终统计时,去掉那些有重复数的方案。由于 N N 很小,我们可以用容斥:先不管重复,最后减去有重复的情况。


    8. 总结算法步骤

    1. 预处理单块转移矩阵 M M 大小 (2N2)×(2N2) (2^N \cdot 2) \times (2^N \cdot 2) ),即状态 (mask,xor) (mask, xor) (newMask,newXor) (newMask, newXor)
    2. 用矩阵快速幂计算 MK M^K
    3. 初始向量 v(0,0)=1 v_{(0,0)} = 1
    4. 结果 = (MKv) (M^K \cdot v) 中所有 xor=0 xor=0 的状态的和。
    5. 去掉选择中有重复数的情况(因为题目要求不同整数):用容斥,枚举哪些数相等,转化为选 t<N t < N 个数的子问题,同样用上述 DP 但数的个数减少,递归或迭代计算。

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