yukicoder No.140 みんなで旅行

スターリング数っぽい数え上げの練習

問題へのリンク

問題概要

組の夫婦がいて、合計で 人がいる。
人をいくつかのグループにわける方法のうち、各グループに夫婦が 組以上いるような場合の数を で割ったあまりを求めよ。

制約

• 

考えたこと

ひとまずグループの個数を と決め打って場合分けして求めることにする。

さらに、 組の夫婦のうち、 組については同じグループに属し、残りは異なるグループに属するようにするkとを考える。このとき

• 組を選ぶ方法が 通り
• 組がどう グループに分かれるかが、スターリング数で 通り
• 残りの 組については、それぞれの夫婦について、 グループのうちのどこに入るのかを考えて 通りずつなので 通り

合計して を各 について合計すればよいことがわかる。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cmath>
#include <algorithm>
using namespace std;


// modint
template<int MOD> struct Fp {
    long long val;
    constexpr Fp(long long v = 0) noexcept : val(v % MOD) {
        if (val < 0) val += MOD;
    }
    constexpr int getmod() { return MOD; }
    constexpr Fp operator - () const noexcept {
        return val ? MOD - val : 0;
    }
    constexpr Fp operator + (const Fp& r) const noexcept { return Fp(*this) += r; }
    constexpr Fp operator - (const Fp& r) const noexcept { return Fp(*this) -= r; }
    constexpr Fp operator * (const Fp& r) const noexcept { return Fp(*this) *= r; }
    constexpr Fp operator / (const Fp& r) const noexcept { return Fp(*this) /= r; }
    constexpr Fp& operator += (const Fp& r) noexcept {
        val += r.val;
        if (val >= MOD) val -= MOD;
        return *this;
    }
    constexpr Fp& operator -= (const Fp& r) noexcept {
        val -= r.val;
        if (val < 0) val += MOD;
        return *this;
    }
    constexpr Fp& operator *= (const Fp& r) noexcept {
        val = val * r.val % MOD;
        return *this;
    }
    constexpr Fp& operator /= (const Fp& r) noexcept {
        long long a = r.val, b = MOD, u = 1, v = 0;
        while (b) {
            long long t = a / b;
            a -= t * b; swap(a, b);
            u -= t * v; swap(u, v);
        }
        val = val * u % MOD;
        if (val < 0) val += MOD;
        return *this;
    }
    constexpr bool operator == (const Fp& r) const noexcept {
        return this->val == r.val;
    }
    constexpr bool operator != (const Fp& r) const noexcept {
        return this->val != r.val;
    }
    friend constexpr ostream& operator << (ostream &os, const Fp<MOD>& x) noexcept {
        return os << x.val;
    }
    friend constexpr istream& operator >> (istream &is, Fp<MOD>& x) noexcept {
        return is >> x.val;
    }
    friend constexpr Fp<MOD> modpow(const Fp<MOD> &a, long long n) noexcept {
        if (n == 0) return 1;
        auto t = modpow(a, n / 2);
        t = t * t;
        if (n & 1) t = t * a;
        return t;
    }
};


// 二項係数ライブラリ
template<class T> struct BiCoef {
    vector<T> fact_, inv_, finv_;
    constexpr BiCoef(int n) noexcept : fact_(n, 1), inv_(n, 1), finv_(n, 1) {
        int MOD = fact_[0].getmod();
        for(int i = 2; i < n; i++){
            fact_[i] = fact_[i-1] * i;
            inv_[i] = -inv_[MOD%i] * (MOD/i);
            finv_[i] = finv_[i-1] * inv_[i];
        }
    }
    constexpr T com(int n, int k) const noexcept {
        if (n < k || n < 0 || k < 0) return 0;
        return fact_[n] * finv_[k] * finv_[n-k];
    }
    constexpr T fact(int n) const noexcept {
        if (n < 0) return 0;
        return fact_[n];
    }
    constexpr T inv(int n) const noexcept {
        if (n < 0) return 0;
        return inv_[n];
    }
    constexpr T finv(int n) const noexcept {
        if (n < 0) return 0;
        return finv_[n];
    }
};


// スターリング数 (n 個を k グループにわける、n >= k)
template<class T> struct Stirling {
    vector<vector<T> > S;
    constexpr Stirling(int MAX) noexcept : S(MAX, vector<T>(MAX, 0)) {
        S[0][0] = 1;
        for (int n = 1; n < MAX; ++n) {
            for (int k = 1; k <= n; ++k) {
                S[n][k] = S[n-1][k-1] + S[n-1][k] * k;
            }
        }
    }
    constexpr T get(int n, int k) {
        if (n < 0 || k < 0 || n < k) return 0;
        return S[n][k];
    }
};



const int MOD = 1000000007;
const int MAX = 600;
int main() {
    // 入力
    long long N; cin >> N;
    using mint = Fp<MOD>;
    
    // 前計算
    BiCoef<mint> bc(MAX);
    Stirling<mint> sl(MAX);
    
    // 求める
    mint res = 0;
    for (int n = 0; n <= N; ++n) {
        for (int k = 0; k <= n; ++k) {
            res += bc.com(N, n) * sl.get(n, k) * modpow(mint(k*(k-1)), N-n);
        }
    }
    cout << res << endl;
}