FFT 快速傅利葉變換 FWT 快速沃爾什變換

2022-06-26 04:21:13 字數 2605 閱讀 4681

實在是 美麗的數學啊

關於傅利葉變換的部落格 講的很細緻 非常易於理解

大概能明白傅利葉變換是幹嗎的了

但是還是不能明白為什麼用傅利葉變換來算多項式求和

在多項式中,dft就是係數表式轉換成點值表示的過程。

我們熟知的是多項式的係數表示法,通過給定一組

來確定乙個唯一的多項式:

而多項式還可以有另一種表示法,稱為點值表示法

其中可以證明,對一組互不相同的

該方法也可以唯一地表示乙個多項式。

為什麼要引入點值表示法這個並不「直觀」的形式呢?下表顯示了它的好處:

執行運算

係數表示

點值表示

a(x)+b(x)

o(n)

o(n)

a(x)∗b(x)

o(n2)

o(n)

*當然,點值表示法下的運算均要求 a(x)和 b(x) 所取的點集 是相同的,且運算出的 c(x) 也為點值表示法。

fft只是快速的求dft的方法罷了,不是乙個新的概念。 在acm-icpc競賽中, fft演算法常被用來為多項式乘法加速。

fft原理就是通過奇偶分開,把規模減半,遞迴分治 在o(nlogn)時間內完成dft運算

普通的計算多項式乘法的計算,時間複雜度o(n2)o(n2)。而fft先將多項式點值表示(o(nlogn)),在o(n)下完成對點值的乘法,再以o(nlogn)o(nlog⁡n)完成ifft,重新得到係數表示。

普通的計算多項式乘法的計算,時間複雜度o(n2)o(n2)。而fft先將多項式點值表示(o(nlogn)),在o(n)下完成對點值的乘法,再以o(nlogn)完成ifft,重新得到係數表示。

在兩個多項式前面補0,得到兩個2n次多項式,設係數向量分別為v1v1和v2v2。

使用fft計算f1=dft(v1)和f2=dft(v2)。則f1f1與f2f2為兩個多項式在2n2n次單位根處的取值(即點值表示)。

把f1f1與f2f2每一維對應相乘,得到ff,代表對應輸入多項式乘積的點值表示。

使用ifft計算v=idft(f),其中vv就是乘積的係數向量。

fft演算法步驟:

kuangbin模板:

const double pi = acos(-1.0);

//複數結構體

struct complex

complex operator +(const complex &b)

complex operator -(const complex &b)

complex operator *(const complex &b)

};/*

* 進行fft和ifft前的反轉變換。

* 位置i和 (i二進位制反轉後位置)互換

* len必須去2的冪

*/void change(complex y,int len)

if(j < k) j += k;

}}/*

* 做fft

* len必須為2^k形式,

* on==1時是dft,on==-1時是idft

*/void fft(complex y,int len,int on)}}

if(on == -1)

for(int i = 0;i < len;i++)

y[i].r /= len;

}

沃爾什變換

主要功能是求:

,其中為集合運算子。

就像fft一樣,fwt是對陣列的一種變換,我們稱陣列x的變換為fwt(x)。

所以fwt的核心思想是:

為了求得c=a★b,我們瞎搞搞出乙個變換fwt(x),

使得fwt(c)=fwt(a)

fwt(b),然後根據fwt(c)求得c。

(其中★表示卷積運算,

表示將陣列對應下標的數相乘的運算)

也就是說我們可以通過fwt(x)變換把複雜度o(n^2)的★運算變為o(n)的

運算。跟fft是完全相同的。所以我們考慮怎麼搞出這個fwt(x)。

快速傅利葉變換FFT

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