• Nowcoder Circulant Matrix ( FWT )


    题目链接

    题意 :

    给你一个a数组和b数组,构造出A[i][j]矩阵(A[i][j] = a[i xor j])

    给出等式 A * x = b ( mod p )

    n等于4的时候有:

    A[0][0]*x[0] + A[0][1]*x[1] + A[0][2]*x[2] + A[0][3]*x[3] = b[0] (mod p)
    A[1][0]*x[0] + A[1][1]*x[1] + A[1][2]*x[2] + A[1][3]*x[3] = b[1] (mod p)
    A[2][0]*x[0] + A[2][1]*x[1] + A[2][2]*x[2] + A[2][3]*x[3] = b[2] (mod p)
    A[3][0]*x[0] + A[3][1]*x[1] + A[3][2]*x[2] + A[3][3]*x[3] = b[3] (mod p)

    分析 :

    对于给出的矩阵乘法式子、你随便取出第一行会发现一个规律

    例如 A[0][0]*x[0] + A[0][1]*x[1] + A[0][2]*x[2] + A[0][3]*x[3] = b[0] (mod p)

    A[0][0]*x[0] => a[0^0] * x[0] => a[0] * x[0] = b[0]

    A[0][1]*x[1] => a[0^1] * x[1] => a[1] * x[1] = b[0]

    ......

    然后你会发现当把所有的 A[i][j] 变成 a[i^j] 后

    每一条恒等式都变成了异或卷积的形式

    当然这个规律也可以这么看,你会发现 A 的第二维下标永远和 x 的下标一样

    所以变成卷积形式的话,那么的出来的异或值永远为 i ==> A[i][j] * x[j] + A[i][j+1]*x[j+1] + .... = b[i] ==> i^j^j = i

    所以可以用 FWT 思考

    对于普通的 FWT 优化的是 

    for(int i=0; i<n; i++) for(int j=0; j<n; j++) b[i^j] += a[i] * x[j]

    这里我们已知 a 和 b 要求 x、可以将下标变化一下有

    for(int i=0; i<n; i++) for(int j=0; j<n; j++) b[i] += a[j] * x[j^i]

    for(int i=0; i<n; i++) for(int j=0; j<n; j++) x[i^j] += b[i] / a[j]

    这样就变成了熟悉的异或卷积的形式

    只不过乘法运算变成了除法运算、这里还好是求模意义下的

    故可以用乘法逆元来将除法变成乘法

    for(int i=0; i<n; i++) for(int j=0; j<n; j++) x[i^j] = b[i] * inv_a[j]

    这题就做完了

    #include<bits/stdc++.h>
    #define LL long long
    #define ULL unsigned long long
    
    #define scl(i) scanf("%lld", &i)
    #define scll(i, j) scanf("%lld %lld", &i, &j)
    #define sclll(i, j, k) scanf("%lld %lld %lld", &i, &j, &k)
    #define scllll(i, j, k, l) scanf("%lld %lld %lld %lld", &i, &j, &k, &l)
    
    #define scs(i) scanf("%s", i)
    #define sci(i) scanf("%d", &i)
    #define scd(i) scanf("%lf", &i)
    #define scIl(i) scanf("%I64d", &i)
    #define scii(i, j) scanf("%d %d", &i, &j)
    #define scdd(i, j) scanf("%lf %lf", &i, &j)
    #define scIll(i, j) scanf("%I64d %I64d", &i, &j)
    #define sciii(i, j, k) scanf("%d %d %d", &i, &j, &k)
    #define scddd(i, j, k) scanf("%lf %lf %lf", &i, &j, &k)
    #define scIlll(i, j, k) scanf("%I64d %I64d %I64d", &i, &j, &k)
    #define sciiii(i, j, k, l) scanf("%d %d %d %d", &i, &j, &k, &l)
    #define scdddd(i, j, k, l) scanf("%lf %lf %lf %lf", &i, &j, &k, &l)
    #define scIllll(i, j, k, l) scanf("%I64d %I64d %I64d %I64d", &i, &j, &k, &l)
    
    #define lson l, m, rt<<1
    #define rson m+1, r, rt<<1|1
    #define lowbit(i) (i & (-i))
    #define mem(i, j) memset(i, j, sizeof(i))
    
    #define fir first
    #define sec second
    #define VI vector<int>
    #define ins(i) insert(i)
    #define pb(i) push_back(i)
    #define pii pair<int, int>
    #define VL vector<long long>
    #define mk(i, j) make_pair(i, j)
    #define all(i) i.begin(), i.end()
    #define pll pair<long long, long long>
    
    #define _TIME 0
    #define _INPUT 0
    #define _OUTPUT 0
    clock_t START, END;
    void __stTIME();
    void __enTIME();
    void __IOPUT();
    using namespace std;
    const LL mod = 1e9 + 7;
    LL inv2 = (mod + 1)>>1;
    
    
    void FWT(LL f[], int n, int op) {
        int mx = 0;
        while((1LL<<mx) < n) mx++;
        for (int i = 1; i <= mx; ++i) {
            int m = (1 << i), len = m >> 1;
            for (int r = 0; r < n; r += m) {
                int t1 = r, t2 = r + len;
                for (int j = 0; j < len; ++j, ++t1, ++t2) {
                    LL x1 = f[t1], x2 = f[t2];
                    if (op == 1) {   //xor
                        f[t1] = x1 + x2;
                        f[t2] = (x1 - x2 + mod) % mod;
                        if(f[t1] >= mod) f[t1] -= mod;
                        if(f[t2] < 0) f[t2] += mod;
                    }
                    if (op == 2) {   //and
                        f[t1] = x1 + x2;
                        f[t2] = x2;
                        if(f[t1] >= mod) f[t1] -= mod;
                    }
                    if (op == 3) {   //or
                        f[t1] = x1;
                        f[t2] = x2 + x1;
                        if(f[t2] >= mod) f[t2] -= mod;
                    }
                }
            }
        }
    }
    void IFWT(LL f[], int n, int op) {
        int mx = 0;
        while((1LL<<mx) < n) mx++;
        for (int i = mx; i >= 1; --i) {
            int m = (1 << i), len = m >> 1;
            for (int r = 0; r < n; r += m) {
                int t1 = r, t2 = r + len;
                for (int j = 0; j < len; ++j, ++t1, ++t2) {
                    LL x1 = f[t1], x2 = f[t2];
                    if (op == 1) {   //xor
    //                    f[t1] = (x1 + x2) / 2;
    //                    f[t2] = (x1 - x2) / 2;
                        f[t1] = (x1 + x2) * inv2;
                        f[t2] = (x1 - x2) * inv2;
                        if(f[t1] >= mod) f[t1] %= mod;
                        if(f[t2] >= mod) f[t2] %= mod;
                        if(f[t2] < 0) f[t2] = f[t2] % mod + mod;
                    }
                    if (op == 2) {   //and
                        f[t1] = x1 - x2;
                        f[t2] = x2;
                        if(f[t1] < 0) f[t1] += mod;
                    }
                    if (op == 3) {   //or
                        f[t1] = x1;
                        f[t2] = x2 - x1;
                        if(f[t2] < 0) f[t2] += mod;
                    }
                }
            }
        }
    }
    
    LL pow_mod(LL a, LL b){
        a %= mod;
        LL ret = 1;
        while(b){
            if(b & 1) ret = (ret * a)%mod;
            a = (a * a)%mod;
            b >>= 1;
        }return ret;
    }
    
    const int maxn = 262144 + 10;
    LL a[maxn], b[maxn], x[maxn];
    
    int main(void){__stTIME();__IOPUT();
    
    
        int n;
        sci(n);
    
        for(int i=0; i<n; i++) scl(a[i]);
        for(int i=0; i<n; i++) scl(b[i]);
    
        FWT(a, n, 1);
        FWT(b, n, 1);
    
        for(int i=0; i<n; i++) x[i] = (b[i] * pow_mod(a[i], mod-2))%mod;
    
        IFWT(x, n, 1);
    
        for(int i=0; i<n; i++) printf("%lld
    ", x[i]);
    
    
    
    
    
    
    
    
    __enTIME();return 0;}
    
    
    void __stTIME()
    {
        #if _TIME
            START = clock();
        #endif
    }
    
    void __enTIME()
    {
        #if _TIME
            END = clock();
            cerr<<"execute time = "<<(double)(END-START)/CLOCKS_PER_SEC<<endl;
        #endif
    }
    
    void __IOPUT()
    {
        #if _INPUT
            freopen("in.txt", "r", stdin);
        #endif
        #if _OUTPUT
            freopen("out.txt", "w", stdout);
        #endif
    }
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