template <typename T>
struct mat{
vector<vector<T>> x;
int h,w;
mat():x(vector<vector<T>>()){}
mat(int h,int w):x(vector<vector<T>>(h,vector<T>(w))),h(h),w(w){}
mat(int h,int w, T c):x(vector<vector<T>>(h,vector<T>(w,c))),h(h),w(w){}
mat(vector<vector<T>> A):x(A),h(A.size()),w(A[0].size()){}
vector<T>& operator[](int i){return x[i];}
void resize(int h, int w){
x.assign(h, vector<T>(w, 0));
}
mat base(){
return mat(h,w,0);
}
mat& operator*=(mat& y){
mat<T> ret(h,y.w,0);
if(w != y.h){
for(int i = 0; h > i; i++){
for(int j = 0; y.w > j; j++){
ret[i][j] = -1;
}
}
}else{
for(int i = 0; h > i; i++){
for(int j = 0; y.w > j; j++){
for(int k = 0; w > k; k++){
ret[i][j] = ret[i][j] + x[i][k]*y[k][j];
}
}
}
}
for(int i = 0; h > i; i++){
x[i].resize(y.w);
}
w = y.w;
for(int i = 0; h > i; i++){
for(int j = 0; y.w > j; j++){
x[i][j] = ret[i][j];
}
}
return *this;
}
mat operator*(mat& y){return mat(*this) *= y;}
mat pow(long long n){//正方行列のみ
mat<T> res(h,w);
mat<T> ret(h,w,0);
mat<T> a(h,w);
for(int i = 0; h > i; i++){
ret[i][i] = 1;
}
for(int i = 0; h > i; i++){
for(int j = 0; w > j; j++){
a[i][j] = (*this)[i][j];
}
}
while(n > 0){
if(n & 1){
ret *= a;
}
a *= a;
n/=2;
}
for(int i = 0; h > i; i++){
for(int j = 0; w > j; j++){
res[i][j] = ret[i][j];
}
}
return res;
}
// Requirement: h==w
pair<bool, mat> inv(){
if(h != w)return {false, base()};
mat<T> gaussianMat(h, 2*w, 0);
for(int i = 0; h > i; i++){
for(int j = 0; w > j; j++){
gaussianMat[i][j] = (*this)[i][j];
}
}
for(int i = 0; h > i; i++){
gaussianMat[i][w+i] = 1;
}
for(int i = 0; h > i; i++){
for(int j = i; h > j; j++){
if(gaussianMat[j][i] != 0){
swap(gaussianMat[i], gaussianMat[j]);
}
}
T initCoeffient = gaussianMat[i][i];
if(initCoeffient == 0){
return {false, base()};
}
for(int j = 0; 2*w > j; j++){
gaussianMat[i][j] /= initCoeffient;
}
for(int j = i+1; h > j; j++){
T deleteCoeffient = gaussianMat[j][i] * -1;
for(int k = i; 2*w > k; k++){
gaussianMat[j][k] += deleteCoeffient * gaussianMat[i][k];
}
}
}
for(int i = 0; h > i; i++){
if(gaussianMat[i][i] != 1){
T normarizeCoeffient = gaussianMat[i][i];
if(normarizeCoeffient == 0)continue;
for(int j = i; 2*w > j; j++){
gaussianMat[i][j] /= normarizeCoeffient;
}
}
}
for(int i = h-1; 0 <= i; i--){
for(int j = 0; i > j; j++){
T deleteCoeffient = gaussianMat[j][i] * -1;
for(int k = i; 2*w > k; k++){
gaussianMat[j][k] += deleteCoeffient * gaussianMat[i][k];
}
}
}
mat v(h, w);
for(int i = 0; h > i; i++){
for(int j = 0; w > j; j++){
v[i][j] = gaussianMat[i][j+w];
}
}
return {true, v};
}
friend istream &operator>>(istream &is, mat &m){
for(int i = 0; m.h > i; i++){
for(int j = 0; m.w > j; j++){
is>>m.x[i][j];
}
}
return is;
}
friend ostream &operator<<(ostream &os, const mat &m){
for(int i = 0; m.h > i; i++){
for(int j = 0; m.w > j; j++){
os << m.x[i][j];
if(j+1 != m.w)cout << " ";
}
if(i+1 != m.h)cout << "\n";
}
return os;
}
};
#line 1 "cpp/math/matrix.cpp"
template <typename T>
struct mat{
vector<vector<T>> x;
int h,w;
mat():x(vector<vector<T>>()){}
mat(int h,int w):x(vector<vector<T>>(h,vector<T>(w))),h(h),w(w){}
mat(int h,int w, T c):x(vector<vector<T>>(h,vector<T>(w,c))),h(h),w(w){}
mat(vector<vector<T>> A):x(A),h(A.size()),w(A[0].size()){}
vector<T>& operator[](int i){return x[i];}
void resize(int h, int w){
x.assign(h, vector<T>(w, 0));
}
mat base(){
return mat(h,w,0);
}
mat& operator*=(mat& y){
mat<T> ret(h,y.w,0);
if(w != y.h){
for(int i = 0; h > i; i++){
for(int j = 0; y.w > j; j++){
ret[i][j] = -1;
}
}
}else{
for(int i = 0; h > i; i++){
for(int j = 0; y.w > j; j++){
for(int k = 0; w > k; k++){
ret[i][j] = ret[i][j] + x[i][k]*y[k][j];
}
}
}
}
for(int i = 0; h > i; i++){
x[i].resize(y.w);
}
w = y.w;
for(int i = 0; h > i; i++){
for(int j = 0; y.w > j; j++){
x[i][j] = ret[i][j];
}
}
return *this;
}
mat operator*(mat& y){return mat(*this) *= y;}
mat pow(long long n){//正方行列のみ
mat<T> res(h,w);
mat<T> ret(h,w,0);
mat<T> a(h,w);
for(int i = 0; h > i; i++){
ret[i][i] = 1;
}
for(int i = 0; h > i; i++){
for(int j = 0; w > j; j++){
a[i][j] = (*this)[i][j];
}
}
while(n > 0){
if(n & 1){
ret *= a;
}
a *= a;
n/=2;
}
for(int i = 0; h > i; i++){
for(int j = 0; w > j; j++){
res[i][j] = ret[i][j];
}
}
return res;
}
// Requirement: h==w
pair<bool, mat> inv(){
if(h != w)return {false, base()};
mat<T> gaussianMat(h, 2*w, 0);
for(int i = 0; h > i; i++){
for(int j = 0; w > j; j++){
gaussianMat[i][j] = (*this)[i][j];
}
}
for(int i = 0; h > i; i++){
gaussianMat[i][w+i] = 1;
}
for(int i = 0; h > i; i++){
for(int j = i; h > j; j++){
if(gaussianMat[j][i] != 0){
swap(gaussianMat[i], gaussianMat[j]);
}
}
T initCoeffient = gaussianMat[i][i];
if(initCoeffient == 0){
return {false, base()};
}
for(int j = 0; 2*w > j; j++){
gaussianMat[i][j] /= initCoeffient;
}
for(int j = i+1; h > j; j++){
T deleteCoeffient = gaussianMat[j][i] * -1;
for(int k = i; 2*w > k; k++){
gaussianMat[j][k] += deleteCoeffient * gaussianMat[i][k];
}
}
}
for(int i = 0; h > i; i++){
if(gaussianMat[i][i] != 1){
T normarizeCoeffient = gaussianMat[i][i];
if(normarizeCoeffient == 0)continue;
for(int j = i; 2*w > j; j++){
gaussianMat[i][j] /= normarizeCoeffient;
}
}
}
for(int i = h-1; 0 <= i; i--){
for(int j = 0; i > j; j++){
T deleteCoeffient = gaussianMat[j][i] * -1;
for(int k = i; 2*w > k; k++){
gaussianMat[j][k] += deleteCoeffient * gaussianMat[i][k];
}
}
}
mat v(h, w);
for(int i = 0; h > i; i++){
for(int j = 0; w > j; j++){
v[i][j] = gaussianMat[i][j+w];
}
}
return {true, v};
}
friend istream &operator>>(istream &is, mat &m){
for(int i = 0; m.h > i; i++){
for(int j = 0; m.w > j; j++){
is>>m.x[i][j];
}
}
return is;
}
friend ostream &operator<<(ostream &os, const mat &m){
for(int i = 0; m.h > i; i++){
for(int j = 0; m.w > j; j++){
os << m.x[i][j];
if(j+1 != m.w)cout << " ";
}
if(i+1 != m.h)cout << "\n";
}
return os;
}
};