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常系数齐次线性递推学习笔记

时间:2022-11-01 16:55:05浏览次数:67  
标签:偶次 卷积 dfrac sum 笔记 齐次 写为 递推 式子

写在前面的话

碍于笔者水平有限,本文缺陷可能比较多,欢迎指正。

前置知识:NTT。

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\(\text{Link}\)

给定 \(f_1,f_2,f_3\dots f_k\) 和 \(a_0,a_1,a_2\dots a_{k-1}\),求

\[a_n=\sum_{i=1}^kf_ia_{n-i} \]

对 \(998244353\) 取模之后的值。

考虑到上面这个式子和卷积很像,所以我们先想办法将其化为卷积形式。

不妨令 \(f_0=0\),对于所有 \(i \geq k+1\) 的 \(f_i=0\)。

将上面的式子写为

\[a_n=\sum_{i=0}^n f_ia_{n-i} \]

变为了一个卷积的形式。

设 \(A(x)=\sum_{i=0}^{∞} a_i x^i\),\(F(x)=\sum_{i=0}^{∞} f_ix^i\)。

将上面的卷积式子写为 \(A(x)=A(x)F(x)\)。

当然,你会发现其实上面的式子只有在 \(n \geq k\) 时才成立,所以 \(A(x)\) 与 \(A(x)F(x)\) 的后 \(k-1\) 项系数可能不同。为了强制使其成立,将式子写为 \(A(x)=A(x)F(x)+P(x)\)。

其中 \(P(x)=\sum_{i=0}^{k-1}p_ix^i\)。

考虑到 \(A\) 前 \(k\) 项已知,\(P\) 最多 \(k\) 项。

所以在已知 \(F\) 的情况下可以求出 \(P\)。

\[A(x)=A(x)F(x)+P(x) \]

\[A(x)(1-F(x))=P(x) \]

直接求出 \(P(x)\)。

\[A(x)=\dfrac{P(x)}{1-F(x)} \]

令 \(Q(x)=1-F(x)\)。

答案就是 \(\dfrac{P(x)}{Q(x)}[x^n]\),考虑怎么求解。

首先将式子分子分母同乘 \(Q(-x)\),不难发现分母将只会剩下偶次项,令 \(Q_0(x^2)=Q(x)Q(-x)\),\(P_0(x)=P(x)Q(-x)\)。

如果你熟悉多项式求逆的过程,就可以发现 \(Q_0(x^2)\) 的逆一定也是一个只含偶次项的多项式。

那么 \(P_0(x)\) 的偶次项乘上 \(Q_0(x^2)\) 的逆之后仍为偶次项,奇数同理。

令 \(P_1(x^2)\) 表示 \(P_0(x)\) 的偶次项,\(xP_2(x^2)\) 表示 \(P_0(x)\) 的奇次项。

\[\dfrac{P_0(x)}{Q_0(x^2)}=\dfrac{P_1(x^2)}{Q_0(x^2)}+\dfrac{xP_2(x^2)}{Q_0(x^2)} \]

既然现在这个式子奇偶项互不影响,那么如果 \(n\) 为偶数,就递归求解 \(\dfrac{P_1(x^2)}{Q_0(x^2)}\),否则求解 \(\dfrac{xP_2(x^2)}{Q_0(x^2)}\)。

显然会求解 \(\log_2 n\) 次,所以总复杂度为 \(O(k \log_2 k \log_2 n)\)。

标签:偶次,卷积,dfrac,sum,笔记,齐次,写为,递推,式子
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