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K - King's Colors Kattis - kingscolors[二項式反演]

簡單介紹二項式反演:
如果存在 a n = i = s

n ( n i
)
b i a_n = \sum_{i = s}^n\left(\begin{array}{l} n \\ i \end{array}\right)b_i 則可以得到 b
n = i = s n ( 1 ) n i ( n i ) a i b_n = \sum_{i = s} ^ n(-1)^{n - i}\left(\begin{array}{l} n \\ i \end{array}\right)a_i


題意:給出一個含有n個節點的樹,以及k個顏色,詢問有多少種方式正好用k個顏色給樹染色,並且任意兩個相鄰的節點顏色不同。


題解:我們發現只要一個節點與他的父節點顏色不同即可,所以對於根節點有 k ( k 1 ) n 1 k*(k - 1)^{n - 1} 種方案,我們假設 f ( n ) f(n) 為恰好用n種顏色染色整棵樹的方案數, g ( n ) g(n) 為至多用n種顏色染色整棵樹的方案數,顯然 g ( n ) = i = 2 n ( n i ) f ( i ) g(n) = \sum_{i = 2}^{n}\left(\begin{array}{l} n \\ i \end{array}\right)f(i) 由二項式反演可以得到 f ( n ) = i = 2 n ( 1 ) n i ( n i ) g ( i ) f(n) = \sum_{i = 2} ^ n(-1)^{n - i}\left(\begin{array}{l} n \\ i \end{array}\right)g(i) ,我們可以輕鬆的知道由k種顏色顏色整個樹的方案數為 k ( k 1 ) n 1 k * (k - 1)^{n - 1} ,因為只有根節點可以選擇k種顏色,其餘節點都要保持與他的父節點保持不同,然後就可以再 O ( n k ) O(n*k) 的複雜度內解決此問題。


a c c o d e : ac code:

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
typedef long long ll;
#define met(a, b) memset(a, b, sizeof(a))
#define rep(i, a, b) for(int i = a; i <= b; i++)
#define per(i, a, b) for(int i = a; i >= b; i--)
#define fi first
#define se second
#define pb push_back
const int maxn = 1e5 + 10;
const int inf = 0x3f3f3f3f;
const int mod = 1e9 + 7;

ll qp(ll base, ll n) {ll res = 1; while(n) {if(n & 1) res = (res * base) % mod; base = (base * base) % mod; n >>= 1;} return res;};
ll inv(ll x) {return qp(x, mod - 2);}
ll fac(ll n) {ll res = 1; for(int i = 1; i <= n; i++) res = (res * i) % mod; return res;}
ll C(ll n, ll m){return fac(n) * inv(fac(m)) % mod * inv(fac(n - m)) % mod;}

vector<int> G[maxn];
ll dp[maxn];

ll dfs(int u, int col) {
    dp[u] = 1;
    for(auto v : G[u]) {
        dfs(v, col);
        dp[u] = dp[u] * dp[v] % mod * max(col - 1, 0) % mod;
    }
    return dp[u] * col % mod;
}

int main() {
    int n, k, p;
    while(~scanf("%d%d", &n, &k)) {
        rep(i, 1, maxn - 1) G[i].clear();
        rep(i, 1, n - 1) {
            scanf("%d", &p);
            G[p].pb(i);
        }
        ll sum = 0, f = 1;
        rep(i, 0, k) {
            f = (i % 2) ? -1 : 1;
            sum = (sum + f * C(k, i) % mod * dfs(0, k - i) % mod + mod) % mod;
        }
        printf("%lld\n", sum);
    }
    return 0;
}