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「学习笔记」FFT 之优化——NTT
2024-12-26 05:30

「学习笔记」FFT 之优化——NTT

在某种意义上说,应该属于 的一种优化。

——因而必备知识肯定要有 啦...

如果不知道 的大佬可以走这里

在 中,为了能计算单位原根 ,我们使用了 的 库中的 函数,所以我们无法避免地使用了 以及其运算。

但是,众所周知的, 的运算很慢,并且,我们的虚数乘法是类似于下面这种打法:


显然,一次虚数乘法涉及四次 的乘法。

并且在运算过程中,会有大量的精度丢失,这都是我们不可接受的。

然而问题来了:我们多项式乘法都是整数在那里搞来搞去,为什么一定要扯到浮点数。是否存在一个在模意义下的,只使用整数的方法?——Tiw_Air_OAO

想一想我们使用了单位复根的哪些特性:

  1. 个单位根互不相同,且

那么我们能否在 模意义 下找到一个性质相同的数?

这里有一个同样也是 某某根 的东西,叫做 原根

对于素数 , 的原根 定义为使得 互不相同的数。

仔细思考一下,发现 原根单位复根 很像。

同理,我们再定义 ,这样 就与 长得更像了...

但是,必须在 满足与 同样的性质时,我们才能等价替换。

现在,我们检验原根在模意义下是否满足与单位复根同样的性质:

  1. 由幂的运算立即可得
  2. 由幂的运算立即可得
  3. ,因为 且由原根定义 ,故
  4. 由原根的定义立即可得

发现原根可以在模意义下 完全替换 单位复根。

这就是 了。

但是,这样的方法对模数会有一定的限制

令 , 为奇数,则多项式长度必须

至于模数以及其原根,没有必要来死记,为什么?

我们程序员就应该干我们经常干的事情——打表可得...

以下是参考代码:



假如题目中规定了模数怎么办?还卡 FFT 的精度怎么办?

有两种方法:三模数 NTT 以及 拆系数 FFT (MTT)

我们可以选取三个适用于 的模数 进行 ,用中国剩余定理合并得到 的值。只要保证 就可以直接输出这个值。

之所以是三模数,因为用三个大小在 左右模数对于大部分题目来说就足够了。

但是 可能非常大怎么办呢?难不成我还要写高精度?其实也可以。

我们列出同余方程组:

用中国剩余定理合并前两个方程组,得到:

其中的 满足

然后将第一个方程变形得到 ,代入第二个方程,得到:

令 ,则 。

再将上式代入回 ,得 。

又因为 ,所以 。

也就是说 。

然后,我们完美地解决了这个东西。

接下来是代码:


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