[UVa] 10518 - How Many Calls?

Author            : Dipu Kumar Mohanto 
                    CSE, Batch - 6
                    BRUR.
Problem Statement : 10518 - How Many Calls?
Source            : UVA Online Judge
Category          : Linear Algebra
Algorithm         : Matrix Exponentiation
Verdict           : Accepted

#include "bits/stdc++.h"  
  
using namespace std;  
  
#define FI              freopen("in.txt", "r", stdin)  
#define FO              freopen("out.txt", "w", stdout)  
#define FAST            ios_base::sync_with_stdio(false), cin.tie(NULL), cout.tie(NULL)  
  
#define FOR(i, n)       for (int i = 1; i <= n; i++)  
#define For(i, n)       for (int i = 0; i < n; i++)  
#define ROF(i, n)       for (int i = n; i >= 1; i--)  
#define Rof(i, n)       for (int i = n-1; i >= 0; i--)  
#define FORI(i, n)      for (auto i : n)  
#define REP(i, a, b)    for (int i = a; i <= b; i++)  
  
#define ll              long long  
#define ull             unsigned long long  
#define vi              vector <int>  
#define vl              vector <ll>  
#define pii             pair <int, int>  
#define pll             pair <ll, ll>  
#define mk              make_pair  
#define ff              first  
#define ss              second  
#define eb              emplace_back  
#define em              emplace  
#define pb              push_back  
#define ppb             pop_back  
#define All(a)          a.begin(), a.end()  
#define memo(a, b)      memset(a, b, sizeof a)  
#define Sort(a)         sort(All(a))  
#define ED(a)           Sort(a), a.erase(unique(All(a)), a.end())  
#define rev(a)          reverse(All(a))  
#define sz(a)           (int)a.size()  
#define max3(a, b, c)   max(a, max(b, c))  
#define min3(a, b, c)   min(a, min(b, c))  
#define maxAll(a)       *max_element(All(a))  
#define minAll(a)       *min_element(All(a))  
#define allUpper(a)     transform(All(a), a.begin(), :: toupper)  
#define allLower(a)     transform(All(a), a.begin(), :: tolower)  
#define endl            '\n'  
#define nl              puts("")  
#define ub              upper_bound  
#define lb              lower_bound  
#define Exp             exp(1.0)  
#define PIE             2*acos(0.0)  
#define Sin(a)          sin(((a)*PIE)/180.0)  
#define EPS             1e-9  
  
#include "ext/pb_ds/assoc_container.hpp"  
#include "ext/pb_ds/tree_policy.hpp"  
using namespace __gnu_pbds;  
  
template <typename T> using orderset = tree <T, null_type, less <T>, rb_tree_tag, tree_order_statistics_node_update>;  
  
#include "ext/rope"  
using namespace __gnu_cxx;  
  
// rope <int> Rope;  
  
// int dr[] = {1, -1, 0, 0}; // 4 Direction  
// int dc[] = {0, 0, 1, -1};  
// int dr[] = {0, 0, 1, -1, 1, 1, -1, -1}; // 8 Direction  
// int dc[] = {1, -1, 0, 0, 1, -1, 1, -1};  
// int dr[] = {-1, 1, -2, -2, -1, 1, 2, 2}; // knight Moves  
// int dc[] = {-2, -2, -1, 1, 2, 2, 1, -1};  
  
#define trace1(x)                           cerr << #x << ": " << x << endl;  
#define trace2(x, y)                        cerr << #x << ": " << x << " | " << #y << ": " << y << endl;  
#define trace3(x, y, z)                     cerr << #x << ": " << x << " | " << #y << ": " << y << " | " << #z << ": " << z << endl;  
#define trace4(a, b, c, d)                  cerr << #a << ": " << a << " | " << #b << ": " << b << " | " << #c << ": " << c << " | " << #d << ": " << d << endl;  
#define trace5(a, b, c, d, e)               cerr << #a << ": " << a << " | " << #b << ": " << b << " | " << #c << ": " << c << " | " << #d << ": " << d << " | " << #e << ": " << e << endl;  
#define trace6(a, b, c, d, e, f)            cerr << #a << ": " << a << " | " << #b << ": " << b << " | " << #c << ": " << c << " | " << #d << ": " << d << " | " << #e << ": " << e << " | " << #f << ": " << f << endl;  
  
inline int setbit(int mask, int pos)        { return mask |= (1 << pos); }  
inline int resetbit(int mask, int pos)      { return mask &= ~(1 << pos); }  
inline int togglebit(int mask, int pos)     { return mask ^= (1 << pos); }  
inline bool checkbit(int mask, int pos)     { return (bool)(mask & (1 << pos)); }  
  
#define popcount(mask)                       __builtin_popcount(mask) // count set bit  
#define popcountLL(mask)                     __builtin_popcountll(mask) // for long long  
  
inline int read()                           { int a; scanf("%d", &a); return a; }  
inline ll readLL()                          { ll a; scanf("%lld", &a); return a; }  
inline double readDD()                      { double a; scanf("%lf", &a); return a; }  
  
template <typename T> string toString(T num) { stringstream ss; ss << num; return ss.str(); }  
int toInt(string s)                          { int num; istringstream iss(s); iss >> num; return num;  }  
ll toLLong(string s)                         { ll num; istringstream iss(s); iss >> num; return num; }  
  
#define inf             1e17  
#define mod             1000000007  
  
static const int maxn = 2e4 + 5;  
static const int logn = 18;  
  
struct Mat  
{  
      int row, col;  
      ll m; // mod value  
      ll v[4][4];  
  
      inline void init(int row = 0, int col = 0, ll m = 0)  
      {  
            this->row = row;  
            this->col = col;  
            this->m = m;  
            For(i, 3) For(j, 3) v[i][j] = 0;  
            v[0][0] = 1;  
            v[0][1] = 1;  
            v[0][2] = 1;  
            v[1][0] = 1;  
            v[2][2] = 1;  
      }  
      inline Mat multiply(const Mat &A, const Mat &B)  
      {  
            Mat ret;  
            ret.row = A.row;  
            ret.col = B.col;  
            ret.m = A.m;  
            ll modu = ret.m;  
            For(i, ret.row)  
            {  
                  For(j, ret.col)  
                  {  
                        ll sum = 0;  
                        For(k, A.col)  
                        {  
                              sum += (A.v[i][k] % modu * B.v[k][j] % modu) % modu;  
                              sum %= modu;  
                        }  
                        ret.v[i][j] = sum;  
                  }  
            }  
            return ret;  
      }  
      inline Mat modPow(Mat mat, ll p)  
      {  
            if (p == 1) return mat;  
            if (p & 1) return mat.multiply(mat, modPow(mat, p-1));  
            Mat ret = modPow(mat, p >> 1);  
            return ret.multiply(ret, ret);  
      }  
      inline ll getRes()  
      {  
            ll sum = 0;  
            For(i, 3) sum = (sum + v[0][i]) % m;  
            return sum;  
      }  
};  
  
int main()  
{  
      //FI;  
      ll n, b;  
      int tcase = 1;  
      while (scanf("%lld %lld", &n, &b) == 2)  
      {  
            if (n == 0 && b == 0) break;  
            printf("Case %d: %lld %lld ", tcase++, n, b);  
            if (n <= 1)  
            {  
                  printf("%lld\n", 1 % b);  
                  continue;  
            }  
            Mat mat;  
            mat.init(3, 3, b);  
            mat = mat.modPow(mat, n-1);  
            printf("%lld\n", mat.getRes());  
      }  
}