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UER 6 逃跑

模拟赛题

一句话题意:二维平面带权随机游走经过不同位置的方差

设 w=∑wiw=\sum w_i

因为 Var(X)=E(X2)−E(X)2\mathrm{Var}(X)=E(X^2)-E(X)^2

所以我们仅需要求出来 X2X^2 和 XX 的期望

XX 的期望我们可以考虑每个点的贡献,我们希望统计出经过某一个点然后再也不经过的方案数

设 W(i,x,y)W(i,x,y) 为行走了 ii 步最终到 (x,y)(x,y) 的带权方案数,可以简单递推

gig_i 表示走了 ii 步且不经过 (0,0)(0,0) 的方案数

有 E(X)=∑in∑(x,y)W(i,x,y)gn−iE(X) =\sum\limits_{i}^{n}\sum\limits_{(x,y)}W(i,x,y)g_{n-i}

也就是走到了 (x,y)(x,y) 并且剩下的步数不返回来

E(X2)E(X^2) 并不好直接统计,考虑 x2=2(x2)+xx^2 = 2\binom{x}{2} +x

前一部分是所有有序的相互到达点对的数量,后面就是 XX

那么设 R(i,x,y)R(i,x,y) 表示走了 ii 步,到了 (x,y)(x,y) 不经过 00 点的方案数

S(i,x,y)S(i,x,y) 表示走了 ii 步,回到 (0,0)(0,0) 且中间经过了 (x,y)(x,y) 的方案数

有 R(i,x,y)=W(i,x,y)−∑j=1iW(j,0,0)R(i−j,x,y)R(i,x,y) = W(i,x,y) - \sum\limits_{j=1}^{i}W(j,0,0)R(i-j,x,y)

S(i,x,y)=∑j=1iW(j,x,y)R(i−j,−x,−y)S(i,x,y) = \sum\limits_{j=1}^{i}W(j,x,y)R(i-j,-x,-y)

都比较显然

那么设 F(i,x,y)F(i,x,y) 表示走了 ii 步,存在一个 (a,b)(a,b) 为第一次到达且最终第一次到达 (a+x,b+y)(a+x,b+y)

这样 E((x2))=∑i=0n∑(a,b)≠(0,0)F(i,a,b)wn−iE(\binom{x}{2})=\sum\limits_{i=0}^{n}\sum\limits_{(a,b)\neq(0,0)}F(i,a,b)w^{n-i}

这是所有有序对的个数

考虑求 F(i,x,y)F(i,x,y)

一开始有 F(i,x,y)=∑j=0i−1gjW(i−j,x,y)F(i,x,y) = \sum\limits_{j=0}^{i-1}g_jW(i-j,x,y)

考虑减去不合法的方案数

先减去 (a+x,b+y)→(a,b)→(a+x,b+y)(a+x,b+y) \to (a,b) \to (a+x,b+y) 的方案数

F(i,x,y)←F(i,x,y)−∑j=0i−1gjS(i−j,−x,−y)F(i,x,y) \gets F(i,x,y)-\sum\limits_{j=0}^{i-1}g_jS(i-j,-x,-y)

然后要减去 (a,b)→(a+x,b+y)→(a,b)→(a+x,b+y)(a,b) \to (a+x,b+y) \to (a,b) \to (a+x,b+y) 的方案

即 ∑j=0i−1F(j,x,y)W(i−j,0,0)\sum\limits_{j=0}^{i-1}F(j,x,y)W(i-j,0,0)

不过第一步容斥已经减掉了一部分,要加回来,所以

F(i,x,y)←F(i,x,y)−∑j=0i−1F(j,x,y)(W(i−j,0,0)−S(i−j,−x,−y))F(i,x,y) \gets F(i,x,y) - \sum\limits_{j=0}^{i-1}F(j,x,y)(W(i-j,0,0)-S(i-j,-x,-y))

O(n4)O(n^4)