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A7158. Wish I Knew How to Sort

编程题 提高+/省选-

题目描述

给定一个长度为 $n$ 的二进制数组 $a$(数组中的所有元素均为 $0$ 或 $1$)。你希望将该数组排序,但不幸的是,你的算法老师忘记教你排序算法。你按照如下操作,直到数组变为有序:

1. 随机选择两个下标 $i$ 和 $j$,满足 $i < j$。在所有满足 $1 \le i < j \le n$ 的下标对 $(i, j)$ 中,每一对被选中的概率相等。
2. 如果 $a_i > a_j$,则交换 $a_i$ 和 $a_j$ 的值。

在数组变为有序之前,你期望会执行多少次这样的操作?(即操作次数的期望值)

可以证明,答案可以表示为最简分数 $\frac{p}{q}$,其中 $p$ 和 $q$ 为整数,且 $q \not\equiv 0 \pmod{998\,244\,353}$。请输出整数 $p \cdot q^{-1} \bmod 998\,244\,353$。换句话说,输出一个整数 $x$,满足 $0 \le x < 998\,244\,353$ 且 $x \cdot q \equiv p \pmod{998\,244\,353}$。

输入格式

每组测试数据包含多组测试用例。第一行包含一个整数 $t$($1 \le t \le 10^5$),表示测试用例的数量。

每个测试用例的第一行包含一个整数 $n$($1 \le n \le 200\,000$),表示二进制数组的长度。

每个测试用例的第二行包含 $n$ 个整数 $a_1, a_2, \ldots, a_n$($a_i \in \{0, 1\}$),表示数组的元素。

输出格式

对于每个测试用例,输出一个整数,表示 $p \cdot q^{-1} \bmod 998\,244\,353$ 的值。

输入输出样例

输入 #1
3
3
0 1 0
5
0 0 1 1 1
6
1 1 1 0 0 1
输出 #1
3
0
249561107

说明/提示

### 样例解释

考虑第一个测试用例。如果选择下标对 $(2, 3)$,则这两个元素会被交换,数组变为有序。否则,如果选择 $(1, 2)$ 或 $(1, 3)$,则不会发生任何变化。因此,数组在一次操作后变为有序的概率为 $\frac{1}{3}$,在两次操作后变为有序的概率为 $\frac{2}{3} \cdot \frac{1}{3}$,在三次操作后变为有序的概率为 $\frac{2}{3} \cdot \frac{2}{3} \cdot \frac{1}{3}$,以此类推。操作次数的期望值为
$$ \sum \limits_{i=1}^{\infty} \left(\frac{2}{3} \right)^{i - 1} \cdot \frac{1}{3} \cdot i = 3 $$

在第二个测试用例中,数组已经有序,因此期望操作次数为零。

在第三个测试用例中,期望操作次数为 $\frac{75}{4}$,因此答案为 $75 \cdot 4^{-1} \equiv 249\,561\,107 \pmod {998\,244\,353}$。
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