1 条题解

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    @ 2025-10-28 15:03:40

    题意理解

    史莱姆的占卜过程是一个递归的数字变换过程:

    • 从数字 kk 开始
    • 每次执行 nnS(n)n \leftarrow n - S(n),其中 S(n)S(n) 是各位数字之和
    • 将每次的 nn 记录下来,拼接成一个长的数字串
    • n=0n = 0 时停止

    我们需要计算第 LL 天到第 RR 天的所有占卜结果(即拼接后的数字)之和。

    核心思路

    关键观察 1:递归结构与数学表达

    f(n)f(n) 表示从 nn 开始的占卜结果(拼接后的数字值),则有递归关系:

    f(n)=concat(n,f(nS(n)))f(n) = \text{concat}(n, f(n - S(n)))

    如果 f(nS(n))f(n - S(n))dd 位,那么:

    f(n)=n×10d+f(nS(n))f(n) = n \times 10^d + f(n - S(n))

    同时,位数也有递归关系:

    $$\text{len}(n) = \text{len}(n) + \text{len}(n - S(n)) $$

    关键观察 2:数字和的性质

    数字和 S(n)S(n) 满足重要性质:

    • S(n)n(mod9)S(n) \equiv n \pmod{9}(同余性质)
    • S(n)9×log10n+9S(n) \leq 9 \times \lfloor \log_{10} n \rfloor + 9
    • nS(n)n - S(n) 一定是 99 的倍数

    关键观察 3:状态空间的有限性

    虽然 nn 可以达到 101810^{18},但关键观察是:

    • S(n)S(n) 最多为 9×18=1629 \times 18 = 162
    • nS(n)n - S(n)nn99 同余
    • 迭代链长度很短(约 O(logn)O(\log n) 级别)

    算法框架

    方法一:数位动态规划

    定义状态 dp[pos][sum][rem][tight]dp[pos][sum][rem][tight]

    • pospos:当前处理的数位(0-18)
    • sumsum:已确定数字的数字和
    • remrem:已确定数字模 99 的余数
    • tighttight:是否受到上界限制

    在每个状态中,我们需要维护:

    • FF:占卜结果的和
    • LL:占卜结果的总位数(或 10总位数10^{\text{总位数}} 的幂)
    • cntcnt:方案数

    方法二:记忆化搜索 + 状态压缩

    由于直接处理 101810^{18} 不可行,我们利用:

    • 数字和 sumsum 的范围很小(0-162)
    • 99 余数 remrem 只有 9 种可能
    • 迭代深度有限

    可以设计状态 (sum,rem)(sum, rem) 表示当前数字的数字和与模 9 余数,预处理所有可能状态的转移。

    方法三:分段处理与前缀和

    将问题分解:

    1. 定义 S(n)=i=1nf(i)S(n) = \sum_{i=1}^n f(i)
    2. 答案 = S(R)S(L1)S(R) - S(L-1)
    3. 使用数位 DP 计算 S(n)S(n)

    状态转移设计

    递归关系的数位DP表达

    对于当前状态,枚举下一位数字 digitdigit

    新的数字和 sum=sum+digitsum' = sum + digit 新的余数 rem=(rem+digit)mod9rem' = (rem + digit) \bmod 9 新的数值 val=val×10+digitval' = val \times 10 + digit

    但我们需要维护的是占卜结果 f(n)f(n),这需要知道:

    • 当前数字 nn 的值
    • f(nS(n))f(n - S(n)) 的值
    • f(nS(n))f(n - S(n)) 的位数

    关键优化:分离维护

    我们可以分别维护:

    1. 当前数字的贡献n×10后续位数n \times 10^{\text{后续位数}}
    2. 后续递归的贡献f(nS(n))f(n - S(n))

    在数位 DP 中同时计算这两部分。

    数学推导

    模运算处理

    所有运算在模 998244353998244353 下进行。

    拼接操作:$\text{concat}(a, b) \equiv a \times 10^{\text{len}(b)} + b \pmod{M}$

    需要预处理 10k10^k 的幂次表。

    递归深度分析

    对于任意 nn,迭代过程:

    $$n \rightarrow n - S(n) \rightarrow n - 2S(n) + S(S(n)) \rightarrow \cdots $$

    由于 S(n)1S(n) \geq 1,最多 nn 步就会到 0。 但实际上,S(n)S(n) 通常比 nn 小得多,迭代深度约为 O(logn)O(\log n)

    转移方程

    对于每个状态和每个数字 dd

    • 新的数字 = 原数字 × 10 + d
    • 新的数字和 = 原数字和 + d
    • 新的余数 = (原余数 + d) % 9

    然后根据递归关系更新占卜结果。

    边界处理

    • n<10n < 10 时:f(n)=nf(n) = n,位数 = log10n+1\lfloor \log_{10} n \rfloor + 1
    • n=0n = 0 时:占卜结束

    复杂度分析

    状态数:$18 \text{(数位)} \times 163 \text{(数字和)} \times 9 \text{(余数)} \times 2 \text{(限制)} \approx 5.3 \times 10^4$

    单次查询:可接受

    总复杂度O(T×状态数)O(T \times \text{状态数}),适合 T5×104T \leq 5 \times 10^4

    总结

    本题的核心在于:

    1. 递归分析:理解占卜过程的数学结构
    2. 状态设计:将大范围问题转化为可控的状态空间
    3. 数位DP应用:处理数字相关的计数问题
    4. 模运算技巧:在模意义下处理大数和拼接操作

    这是一个典型的数位DP难题,需要深入理解数字性质、递归结构和动态规划优化技巧。

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    「2021 集训队互测」圆滚滚的算术占卜

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    内存
    256MiB
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