[学习笔记]多项式的整除、取模、多点求值和插值及常系数线性递推

2019-04-14 18:30发布

一、开头

( WC2019 神犇协会)
undefeatedKO : NOI2017 的题大家都 AK 了吗?
All : AK 了!
ION :我们穿越到 2019 年的 WC 怎么样?
olis :好啊!听说一个弱鸡 xyz32768 要来 WC ,我们一到就把他 D 一遍,这样他 WC2019 不爆零才怪呢!
( WC2019 )
VFN :我们刚刚 A 掉了分身术这题。考虑到你比较菜,我就不用这道题考你了,我换成 Day1 T3 的泳池,如果你做不出来,你就肯定会在 WC2019 我们精心出的试题面前爆零!
xyz32768 :什么??????
NFV :哈哈,没想到你这么菜呀,那我再降低下要求:我告诉你这道题的算法是:常系数线性递推。
xyz32768 :什么?矩乘快速幂??????
phantom : 你这个弱鸡居然连多项式整除和取模都不会,明天你爆零定了!再见!
xyz32768 : 算了,爆零就爆零吧,反正我永远都学不会任何多项式算法。
pool : 没想到 xyz32768 你菜得超出我的眼界了,再见,爆零蒟蒻!

二、前置芝士:多项式求逆

多项式求逆

三、多项式的整除与取模

一个 nn 次多项式 F(x)F(x)mm 次多项式 G(x)G(x) ,求多项式 Q(x)Q(x)R(x)R(x) ,满足:
(1) Q(x)Q(x) 次数为 nmn-mR(x)R(x) 次数为 m1m-1
(2) F(x)=Q(x)G(x)+R(x)F(x)=Q(x)G(x)+R(x)
这就是求 Q(x)Q(x)F(x)F(x)G(x)G(x) 整除得到的多项式,且 R(x)=F(x)modG(x)R(x)=F(x)mod G(x)
下面进入推式子环节。
F(1x)=Q(1x)G(1x)+R(1x)F(frac 1x)=Q(frac 1x)G(frac 1x)+R(frac 1x)
两边同乘 xnx^n
FR(x)=QR(x)GR(x)+RR(x)xnm+1F_R(x)=Q_R(x)G_R(x)+R_R(x)x^{n-m+1}
其中 FR(x)F_R(x) 表示 F(x)F(x) 的系数翻转,即 FR(x)F_R(x)ii 次项系数为 F(x)F(x)nin-i 次项系数。
FR(x)QR(x)GR(x)(modxnm+1)F_R(x)equiv Q_R(x)G_R(x)(mod x^{n-m+1})
QR(x)FR(x)×GR1(x)(modxnm+1)Q_R(x)equiv F_R(x) imes G^{-1}_R(x)(mod x^{n-m+1})
需要求 GR(x)G_R(x)nm+1n-m+1 的逆。
至此,我们得到了整除的结果。
取模则更简单:
R(x)=F(x)Q(x)G(x)R(x)=F(x)-Q(x)G(x)
多项式取模的重要应用:如果在一定的条件下 G(x)G(x)00 ,那么将计算 F(x)F(x) 改为计算 F(x)modG(x)F(x)mod G(x) 有时可以有效地降低复杂度。

四、应用:多项式多点求值

给定一个 nn 次多项式 F(x)F(x)mm 个值 x1,x2,,xmx_1,x_2,dots,x_m ,求出 F(x1)F(x_1)F(x2)F(x_2)dotsF(xm)F(x_m)
采用分治的算法。取 mid=m2mid=lfloorfrac m2 floor
先计算 G1(x)=i=1mid(xxi)G_1(x)=prod_{i=1}^{mid}(x-x_i)G2(x)=i=mid+1m(xxi)G_2(x)=prod_{i=mid+1}^m(x-x_i)
那么:
(1)对于任意的 1kmid1le kle mid
G1(xk)=(xkxk)i=1,ikmid(xkxi)=0G_1(x_k)=(x_k-x_k)prod_{i=1,i e k}^{mid}(x_k-x_i)=0