LuoGu: CF997C Sky Full of Stars
注意到一行或一列是难以下手的,实际上不满足条件的就是没有一行是相同的,没有一列是相同的。记 $G(x, y)$ 表示刚好有 $x$ 行是相同的并且刚好 $y$ 列是相同的,$F(x, y)$ 表示至少有 $x$ 列是相同的并且至少有 $y$ 列是相同的。那么有 $F(x, y) = \sum _ {i = x} ^ n \sum _ {j = y} ^ n \binom i x \binom j y G(i, j)$ ,上二项式反演,那么有 $G(x, y) = \sum _ {i = x} ^ n \sum _ {j = y} ^ n \binom i x \binom j x (-1) ^ {i + j - x - y} F(i, j)$ 。
考察如何计算 $F(x, y)$ ,如果有 $x > 0, y > 0$ ,那么存在行和列的交叉,这意味着一定所有的钦定的行列颜色是相同的,即 $3 \binom n x \binom n y 3 ^ {(n - x) (n - y)}$ ;否则,颜色可以随便选择,即 $3 ^ {x + y} \binom n x \binom n y 3 ^ {(n - x) (n - y)}$ 。
那么答案为:
$$
\begin {aligned}
& 3 ^ {n ^ 2} - G(0, 0) \\
= & 3 ^ {n ^ 2} - \sum _ {i = 0} ^ n \sum _ {j = 0} ^ n (-1) ^ {i + j} F(i, j) \\
= & 3 ^ {n ^ 2} - (\sum _ {i = 1} ^ n \sum _ {j = 1} ^ n (-1) ^ {i + j} F(i, j) + 2\sum _ {i = 1} ^ n(-1) ^ iF(i, 0) + 3 ^ {n ^ 2})\\
= & -\sum _ {i = 1} ^ n \sum _ {j = 1} ^ n (-1) ^ {i + j} F(i, j) - 2\sum _ {i = 1} ^ n(-1) ^ iF(i, 0) \\
= & -\sum _ {i = 1} ^ n \sum _ {j = 1} ^ n (-1) ^ {i + j} 3 \binom n i \binom n j 3 ^ {(n - i) (n - j)} - 2\sum _ {i = 1} ^ n(-1) ^ i 3 ^ i \binom n i 3 ^ {(n - i) n}\\
= & -3 ^ {n ^ 2 + 1} \sum _ {i = 1} ^ n (-1) ^ i \binom n i 3 ^ {-in} \sum _ {j = 1} ^ n \binom n j (-3 ^ {i - n}) ^ j - 2 \times 3 ^ {n ^ 2} \sum _ {i = 1} ^ n \binom n i (-3 ^ {1 - n}) ^ i\\
= & -3 ^ {n ^ 2 + 1} \sum _ {i = 1} ^ n (-1) ^ i \binom n i 3 ^ {-in} (\sum _ {j = 0} ^ n \binom n j (-3 ^ {i - n}) ^ j- 1) - 2 \times 3 ^ {n ^ 2} (\sum _ {i = 0} ^ n \binom n i (-3 ^ {1 - n}) ^ i - 1)\\
= & -3 ^ {n ^ 2 + 1} \sum _ {i = 1} ^ n (-1) ^ i \binom n i 3 ^ {-in} ((1 -3 ^ {i - n}) ^ n- 1) - 2 \times 3 ^ {n ^ 2} ((1 -3 ^ {1 - n}) ^ n - 1)\\
\end {aligned}
$$
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