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多项式全家桶学习笔记

时间:2020-01-31 13:38:59      阅读:80      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

To do list:

  • 多项式带余除法
  • 多项式牛顿迭代
  • 多项式\(ln\),\(exp\)
  • 多项式快速幂
  • \(\cdots\)

应该会不定期更的......


多项式求逆

还是看板子:【模板】多项式乘法逆

给一个\(n-1\)\(n\)项柿\(F(x)\),要你求一个\(n-1\)次多项式\(G(x)\),满足\(F(x)G(x)\equiv 1 \ (mod \ x^n)\)

就是把\(F(x)G(x)\)卷积起来忽略掉次数\(\ge n\)的项后它\(\equiv 1\)

一个比较难的情况:\(n = 1\),即\(F(x)G(x)\)的常数项为\(1\),答案就是\(F[0]^{-1}\),(\(F\)的常数项的逆元),怎么样,难吧!

好我们下面来看更一般的情况
\[ F(x)G(x) \equiv 1 \ (mod \ x^n) \]
假设我们现在已经知道了
\[ F(x)G'(x) \equiv 1 \ (mod \ x^{\left\lceil \frac{n}{2} \right\rceil}) \]
那么由于\(F(x)G(x) \equiv 1 \ (mod \ x^n)\),所以\(F(x)G(x)\)必定\(\equiv 1 \ (mod \ x^{\left\lceil \frac{n}{2} \right\rceil})\),所以两式相减得
\[ F(x)(G(x) - G'(x)) \equiv 0 \ (mod \ x^{\left\lceil \frac{n}{2} \right\rceil}) \]
由于\(F(x) \not= 0\),所以
\[ G(x) - G'(x) \equiv 0 \ (mod \ x^{\left\lceil \frac{n}{2} \right\rceil}) \]
然后发现我们回不上去了23333...

然而在这里我们可以直接平方一下
\[ (G(x) - G'(x))^2 \equiv 0 \ (mod \ x^n) \]
为什么呢?

分类讨论一下

  • 对于次数小于\(\left\lceil \frac{n}{2} \right\rceil\)的项,它不管乘什么都是\(0\)
  • 对于次数大于\(\left\lceil \frac{n}{2} \right\rceil\)的项,它只有乘一个次数小于\(\left\lceil \frac{n}{2} \right\rceil\)的项才会对上面那个恒等式产生影响,显然这也是\(0\)

我们继续化简,暴力展开
\[ G(x)^2 + G'(x)^2 - 2G(x)G'(x) \equiv 0 \ (mod \ x^n) \]
因为我们知道\(F(x)G(x) \equiv 1 \ (mod \ x^n)\),两边乘\(F(x)\)
\[ G(x) + G'(x)^2F(x) - 2G'(x) \equiv 0 \ (mod \ x^n) \]
移项得
\[ G(x) \equiv 2G'(x) - G'(x) ^ 2 F(x) \ (mod \ x^n) \]
为了好看,我们可以更简单地提一个\(G'(x)\)出来
\[ G(x) \equiv G'(x)(2 - G'(x)F(x)) \ (mod \ x^n) \]
顺着上面那个柿子递归用\(NTT\)算就好了。

复杂度:听别人说是 \(O(n \ log \ n)\)

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N=1e6+10,P=998244353,G=3,IG=(P+1)/G;
inline int fpow(int x,int y){
    int ret=1; for (;y;y>>=1,x=1ll*x*x%P) if (y&1) ret=1ll*ret*x%P;
    return ret; 
}
inline int add(int x,int y){return x+y>=P?x+y-P:x+y;}
inline int sub(int x,int y){return x-y<0?x-y+P:x-y;}
int rev[N];
void init(int len){
    for (int i=0;i<len;i++) rev[i]=rev[i>>1]>>1|((i&1)?len>>1:0);
}
void ntt(int *f,int n,int flg){
    for (int i=0;i<n;i++) if(rev[i]<i) swap(f[i],f[rev[i]]);
    for (int len=2,k=1;len<=n;len<<=1,k<<=1){
        int wn=fpow(flg==1?G:IG,(P-1)/len);
        for (int i=0;i<n;i+=len){
            for (int w=1,j=i;j<i+k;j++,w=1ll*w*wn%P){
                int tmp=1ll*w*f[j+k]%P;
                f[j+k]=sub(f[j],tmp),f[j]=add(f[j],tmp);
            }
        }
    }
}
int FF[N];
void getinv(int *F,int *G,int n){
    if (n==1){G[0]=fpow(F[0],P-2);return;}
    getinv(F,G,(int)ceil(n/2.0));
    int limit=1; while (limit<=2*n)limit<<=1;
    init(limit);
    for (int i=0;i<n;i++) FF[i]=F[i];
    for (int i=n;i<limit;i++) FF[i]=0;
    ntt(FF,limit,1),ntt(G,limit,1);
    for (int i=0;i<limit;i++) G[i]=1ll*sub(2,1ll*FF[i]*G[i]%P)*G[i]%P;
    ntt(G,limit,-1); int inv=fpow(limit,P-2);
    for (int i=0;i<limit;i++) G[i]=1ll*G[i]*inv%P;
    for (int i=n;i<limit;i++) G[i]=0;
}
int f[N],inv[N];
int main(){
    int n;scanf("%d",&n);
    for (int i=0;i<n;i++)scanf("%d",&f[i]);
    getinv(f,inv,n);
    for (int i=0;i<n;i++)printf("%d ",inv[i]);
    return 0;
}

ps: 其实还有个迭代版的......尝试写了一下......绝对邪教......,总之这样也不慢。


多项式开根

【模板】多项式开根

这个做法有点像多项式乘法逆,考虑倍增。

我们要求的是一个多项式\(G(x)\),满足
\[ G^2(x)\equiv F(x) \ (mod \ x^n) \]
假设我们现在已经知道了
\[ H^2(x) \equiv F(x) \ (mod \ x^{\left\lceil \frac{n}{2} \right\rceil}) \]
显然有
\[ G^2(x) - H^2(x) \equiv 0 \ (mod \ x^{\left\lceil \frac{n}{2} \right\rceil}) \]
平方差一下
\[ (G(x) - H(x))(G(x) + H(x)) \equiv 0 \ (mod \ x^\left\lceil\frac{n}{2}\right\rceil) \]
这时候可以发现\(G(x)\)应该有两个解,但在某些题目中我们并不希望\(G(x)\)出现负数,所以我们不妨令
\[ G(x)-H(x) \equiv 0 \ (mod \ x^\left\lceil\frac{n}{2}\right\rceil) \]
套路的平方一下
\[ G^2(x) + H^2(x) - 2G(x)H(x) \equiv 0 \ (mod \ x^n) \]
发现\(G^2(x)\)就是\(F(x)\),然后再移项
\[ F(x) + H^2(x) \equiv 2G(x)H(x) \ (mod \ x^n) \]
那么
\[ G(x) \equiv \frac{F(x) + H^2(x)}{2H(x)} \ (mod \ x^n) \]
\(2H(x)\)求逆后\(NTT\)就行了。

\(Code:\)

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N=3e5+10,P=998244353,g=3,ig=(P+1)/g;
inline int add(int x,int y){return x+y>=P?x+y-P:x+y;}
inline int sub(int x,int y){return x-y<0?x-y+P:x-y;}
inline int sqr(int x){return 1ll*x*x%P;}
inline int fpow(int x,int y){
    int ret=1; for (x%=P;y;y>>=1,x=1ll*x*x%P)
        if (y&1) ret=1ll*ret*x%P;
    return ret;
}
namespace Poly{
    int rev[N];
    void init(int limit){
        for (int i=0;i<limit;i++)
            rev[i]=rev[i>>1]>>1|((i&1)?limit>>1:0);
    }
    void ntt(int *f,int n,int flg){
        for (int i=0;i<n;i++)
            if (rev[i]<i) swap(f[i],f[rev[i]]);
        for (int k=1,len=2;len<=n;len<<=1,k<<=1){
            int wn=fpow(flg==1?g:ig,(P-1)/len);
            for (int i=0;i<n;i+=len){
                for (int w=1,j=i;j<i+k;j++,w=1ll*w*wn%P){
                    int tmp=1ll*w*f[j+k]%P;
                    f[j+k]=sub(f[j],tmp),f[j]=add(f[j],tmp);
                }
            }
        }
        if (flg!=1){
            int inv=fpow(n,P-2);
            for (int i=0;i<n;i++) f[i]=1ll*f[i]*inv%P;
        }
    }
    int F[N];
    void getinv(int *f,int n,int *inv){
        if (n==1){inv[0]=fpow(f[0],P-2);return;}
        getinv(f,(n+1)>>1,inv);
        int limit=1; while (limit<=n*2)limit<<=1; init(limit);
        for (int i=0;i<n;i++) F[i]=f[i];
        for (int i=n;i<limit;i++) F[i]=inv[i]=0;
        ntt(F,limit,1),ntt(inv,limit,1);
        for (int i=0;i<limit;i++) inv[i]=1ll*inv[i]*sub(2,1ll*F[i]*inv[i]%P)%P;
        ntt(inv,limit,-1);
        for (int i=n;i<limit;i++) inv[i]=0;
    }
    int H[N],iH[N];
    void getsqrt(int *f,int n,int *sqt){
        if (n==1){sqt[0]=1;return;}
        getsqrt(f,(n+1)>>1,sqt);
        int limit=1; while (limit<=2*n) limit<<=1;
        for (int i=0;i<limit;i++) H[i]=i>=n?0:2ll*sqt[i]%P;
        getinv(H,n,iH),init(limit);
        for (int i=0;i<limit;i++) F[i]=i>=n?0:f[i],sqt[i]=i>=n?0:sqt[i];
        ntt(F,limit,1),ntt(sqt,limit,1),ntt(iH,limit,1);
        for (int i=0;i<limit;i++) sqt[i]=1ll*add(F[i],sqr(sqt[i]))*iH[i]%P;
        ntt(sqt,limit,-1);
        for (int i=n;i<limit;i++) sqt[i]=0;
//      cout<<n<<" wtf: "; for (int i=0;i<n;i++) cout<<sqt[i]<<" "; cout<<endl;
    }
}
int f[N],sqt[N];
int main(){
    int n; scanf("%d",&n);
    for (int i=0;i<n;i++) scanf("%d",&f[i]);
    Poly::getsqrt(f,n,sqt);
    for (int i=0;i<n;i++) printf("%d ",sqt[i]);
    return 0;
}

剩下的先咕咕咕一下......

多项式全家桶学习笔记

原文:https://www.cnblogs.com/wxq1229/p/12245036.html

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