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1220:统计元音字母序列的数目(1729 分)

力扣第 157 场周赛第 4 题

题目

给你一个整数 n,请你帮忙统计一下我们可以按下述规则形成多少个长度为 n 的字符串:

  • 字符串中的每个字符都应当是小写元音字母('a', 'e', 'i', 'o', 'u'
  • 每个元音 'a' 后面都只能跟着 'e'
  • 每个元音 'e' 后面只能跟着 'a' 或者是 'i'
  • 每个元音 'i' 后面 不能 再跟着另一个 'i'
  • 每个元音 'o' 后面只能跟着 'i' 或者是 'u'
  • 每个元音 'u' 后面只能跟着 'a'

由于答案可能会很大,所以请你返回 模 10^9 + 7 之后的结果。

示例 1:

输入:n = 1
输出:5
解释:所有可能的字符串分别是:"a", "e", "i" , "o" 和 "u"。

示例 2:

输入:n = 2
输出:10
解释:所有可能的字符串分别是:"ae", "ea", "ei", "ia", "ie", "io", "iu", "oi", "ou" 和 "ua"。

示例 3:

输入:n = 5
输出:68

提示:

  • 1 <= n <= 2 * 10^4

相似问题:

分析

#1

递推即可

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class Solution:
    def countVowelPermutation(self, n: int) -> int:
        mod = 10**9+7
        a,e,i,o,u = 1,1,1,1,1
        for _ in range(n-1):
            a,e,i,o,u = (e+i+u)%mod,(a+i)%mod,(e+o)%mod,i,(i+o)%mod
        return (a+e+i+o+u)%mod

71 ms

#2

还可以用矩阵幂优化的通用模板

解答

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# 矩阵快速幂 优化
mod = 10**9+7
class MatPow:
    def __init__(self,A):   # k 阶递推式需要给定前 k*2 项
        k = len(A)//2
        self.f = A[:k]
        self.A = A
        self.g = self.gen(A)[::-1]
    
    def gen(self,A):     # Berlekamp-Massey 算法,给定前 k*2 项 A,返回符合的最短系数组 g 
        pre_c = []
        pre_i, pre_d = -1, 0
        g = []
        for i,a in enumerate(A):
            d = (a-sum(x*A[i-1-j] for j,x in enumerate(g)))%mod
            if d == 0:  
                continue
            if pre_i<0:               # 首次算错,初始化 g 为 i+1 个 0
                g = [0]*(i+1)
                pre_i,pre_d = i,d
                continue
            bias = i-pre_i
            old_len = len(g)
            new_len = bias + len(pre_c)
            if new_len>old_len:       # 递推式变长了
                tmp = g[:]
                g += [0]*(new_len-old_len)
            delta = d*pow(pre_d,-1,mod)%mod
            g[bias-1] = (g[bias-1]+delta)%mod
            for j,c in enumerate(pre_c):
                g[bias+j] = (g[bias+j]-delta*c)%mod
            if new_len>old_len:
                pre_c = tmp
                pre_i,pre_d = i,d
        return g

    def get(self,n):        # Kitamasa 算法,给定前 k 项 f 和系数组 g,求第 n 项
        def compose(A,B):  # 根据 g(n) 的系数组 A 和 g(m) 的系数组 B 计算 g(n+m) 的系数组
            C = [0]*k
            for a in A:
                for j,b in enumerate(B):
                    C[j] = (C[j]+a*b)%mod
                B = [((B[i-1] if i else 0)+B[-1]*g[i])%mod for i in range(k)]
            return C

        f,g = self.f,self.g
        if n<len(f):
            return f[n]%mod
        k = len(g)
        if k == 0:
            return 0
        if k == 1:
            return f[0]*pow(g[0],n,mod)%mod
        res = [0]*k
        C = [0]*k
        res[0] = C[1] = 1
        while n:
            res = compose(C,res) if n&1 else res
            C = compose(C,C)
            n >>= 1
        return sum(a*b for a,b in zip(res,f))%mod

class Solution:
    def countVowelPermutation(self, n: int) -> int:
        A = [0,5]
        a,e,i,o,u = 1,1,1,1,1
        for _ in range(10):
            a,e,i,o,u = (e+i+u)%mod,(a+i)%mod,(e+o)%mod,i,(i+o)%mod
            A.append((a+e+i+o+u)%mod)
        mp = MatPow(A)
        return mp.get(n)

7 ms