P6031 CF1278F Cards 加强版

题目大意:

m 张牌,其中有一张是王牌。将这些牌均匀随机打乱 n 次,设有 x 次第一张为王牌,求 xk 的期望值。

答案对 998244353 取模。


首先 xk 不好处理。考虑将其消除掉,会想到使用斯特林数转下降幂之后使用组合数消除掉。

我们考虑枚举几次是王牌。
Ans=i=0n1mi(m1m)ni(ni)ik
不妨设 p=1m

可以得到 pni=0n(1pp)ni(ni)ik
pni=0n(1pp)ni(ni)ik pni=0n(1pp)ni(ni)j=0k{k\j}ij pnj=0k{k\j}i=jnij(ni)(1p1)ni 
后面的这个很像求导得到的项,我们考虑二项式定理。
(A+x)n=i=0nxiAni(ni)
经过 k 次求导之后。
(A+x)nknk=i=knxikAni(ni)ik
如果取 x=1 可以得到。
(A+1)nknk=i=knAni(ni)ik
所以可以得到:
pnj=0k{k\j}i=jnij(ni)(1p1)ni pnj=0k{k\j}1pnjnj i=0k{k\i}pini
可以直接解决简化版了。

但是因为斯特林数使用多项式也只是 O(klogk) 的复杂度,是不能通过此题的,考虑将其展开。
{k\j}=1j!i=0j(1)j(ji)(ji)k
之后带入得到:
i=0kpini1i!j=0i(1)j(ij)(ij)k i=0kpini1i!j=0i(1)ij(ij)jk j=0kjki=jk(1)ijnipi(ij)1i! j=0kjk(1)ji=jk(p)i(ni)(ij) j=0kjk(1)j(nj)i=jk(njij)(p)i j=0kjk(1)ji=0kj(nji)(p)i+j j=0kjkpji=0kj(nji)(p)i
根据 ET2006 神仙的话来说,就是只有一个组合数的情况应该是可以用递推求的。

设:
f(x)=i=0kx(nxi)(p)i

考虑展开一下二项式。
i=0kx(nxi)(p)i i=0kx[(nx1i)+(nx1i1)](p)i f(x+1)+(nx1i)(p)kx1+i=0kx(nx1i1)(p)i f(x+1)+(nx1i)(p)kx1+(p)i=0kx1(nx1i)(p)i f(x+1)+(nx1i)(p)kx1+(p)f(x+1) (1p)f(x+1)+(nx1i)(p)kx1
显然 f(k)=1。那么从上向下递推。

我们只需要预处理出 ik,(ni),(p)i,(1p)i 即可。

如果 n<k 直接跑暴力。

cpp
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

template <typename T>
void r1(T &x) {
x = 0;
char c(getchar());
int f(1);
for(; c < '0' || c > '9'; c = getchar()) if(c == '-') f = -1;
for(; '0' <= c && c <= '9';c = getchar()) x = (x * 10) + (c ^ 48);
x *= f;
}

template <typename T,typename... Args> inline void r1(T& t, Args&... args) {
r1(t); r1(args...);
}

bool bg;

const int maxk = 1e7 + 5;

bool vis[maxk];
int pr[maxk / 10];
int tot(0);
int pwxk[maxk], cnx[maxk], inv[maxk], f[maxk], px[maxk], cnxkx[maxk];
int p, n, m, k;
const int mod = 998244353;

int ksm(int x,int mi) {
int res(1); x %= mod;
while(mi) {
if(mi & 1) res = 1ll * res * x % mod;
mi >>= 1;
x = 1ll * x * x % mod;
}
return res;
}

void ouler(int k) {
pwxk[1] = 1;
for(int i = 2; i <= k; ++ i) {
if(!vis[i]) pr[++ tot] = i, pwxk[i] = ksm(i, k);
for(int j = 1; j <= tot && i * pr[j] <= k; ++ j) {
vis[i * pr[j]] = 1;
pwxk[i * pr[j]] = 1ll * pwxk[i] * pwxk[pr[j]] % mod;
if(!(i % pr[j])) break;
} // ok
}
// printf("tot = %d\n", tot);
}
void init() {
ouler(k);
int i, j;
cnx[0] = 1, f[0] = 0, px[0] = 1;
int dp = - p + mod, fc(1);
for(i = 1; i <= k; ++ i) fc = 1ll * fc * i % mod;
inv[k] = ksm(fc, mod - 2);
for(i = k - 1; ~ i; -- i) inv[i] = 1ll * inv[i + 1] * (i + 1) % mod;
fc = 1;
for(i = 1; i <= k; ++ i) {
inv[i] = 1ll * inv[i] * fc % mod;
fc = 1ll * fc * i % mod;
}// OK

for(i = 1; i <= k; ++ i) {
px[i] = 1ll * px[i - 1] * dp % mod;
cnx[i] = 1ll * cnx[i - 1] * inv[i] % mod * (n - i + 1) % mod;
}// OK

cnxkx[0] = 1ll * cnx[k] * ksm(n, mod - 2) % mod * (n - k) % mod;
for(int i = 1; i <= k; ++i) cnxkx[i] = 1ll * cnxkx[i - 1] * ksm(n - i, mod - 2) % mod * (k - i + 1) % mod;
f[k] = 1;
for(int i = k - 1; ~ i; -- i) f[i] = (1ll * f[i + 1] * (1 + dp) % mod + 1ll * cnxkx[i] * px[k - i] % mod) % mod;
}

int ask() {
int res(0);
if(n > k) {
for(int i = 0, pw(1); i <= k; ++ i, pw = 1ll * pw * p % mod) {
res = (res + 1ll * pw * pwxk[i] % mod * cnx[i] % mod * f[i] % mod) % mod;
}
}
else {
// return 0;
// puts("ZZZ");
int up(1), invp(ksm(1 - p + mod, mod - 2));
int dn = ksm(1 - p + mod, n);
for(int i = 0; i <= k; ++ i) {
res = (res + 1ll * cnx[i] * up % mod * dn % mod * pwxk[i] % mod) % mod;
// printf("i = %d, dn = %d, up = %d\n", i, dn, up);
dn = 1ll * dn * invp % mod;
up = 1ll * up * p % mod;
}
// res = 1ll * res * ksm(p, n) % mod;
}
return res;
}

bool ed;

signed main() {
// freopen("S.in", "r", stdin);
// freopen("S.out", "w", stdout);
// cerr << (&ed - &bg) / 1024.0 / 1024.0 << endl;
int i, j;
r1(n, m, k);
p = ksm(m, mod - 2);
init();
if(m == 1) printf("%d\n", ksm(n, k));
else printf("%d\n", ask());
return 0;
}