FWT,FST入门
Posted crashed
tags:
篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了FWT,FST入门相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
0.目录
1.什么是 FWT
?? FWT 全称为 " 快速沃尔什变换： Fast Walsh Transform " 。可以用于解决位运算卷积的问题。
??什么叫位运算卷积呢？我们考虑普通的卷积，即：
??位运算卷积就是下标为位运算的卷积（此处与和或用 C++ 记号，异或用(oplus)）：
2. FWT 怎么做
??为了方便，以下我们假设所有向量长度都相等，为(2)的整幂，即长度(n=2^m)。高位以 0 补齐。
??设一个向量(A)经过 FWT 之后得到了(FWT(A))， FWT 的最终目标就是满足：(FWT(C)=FWT(A)cdot FWT(B))，其中的点乘表示向量的每一位相乘：(Acdot B=(A_0B_0,A_1B_1,...,A_iB_i,...))。
?? FWT 针对三种位运算有各自的处理方法：
2.1. 或卷积
??我们发现或运算存在如下的性质：
??如果将二进制理解为一个 01 集合，我们就可以用集合并的方式理解上面的性质。发现这其实是一个伪分配律。
??根据这个性质我们可以进行构造：
??那么可以发现：
??这样做了对应乘法之后就可以得到(c)，再进行一次逆变换就可以得到(C)。
??因此问题变成了怎么进行这样的变换。
??考虑一种分治（或者称为 DP ）的做法：
??(f(i,j))：满足仅有低(i)位可能与(j)不同的，且与(j)或后得到(j)的下标所对应的数的和。
??或者可以被描述为：
??考虑如何进行转移，即从(f(i-1))转移到(f(i))。这种情况下只有第(i)位解除了限制。根据或的性质，如果第(i)位为 0 ，那么第(i)位或操作之后仍需要是 0 ，就只能从第(i)位为 0 的(f(i,j))转移来；如果第(i)位为 1 ，那么第(i)位或操作总得到是 1 ，就可以不考虑第(i)位，从(f(i,j))和(f(i,j+2^i))转移来。
??放个图片理解一下：
??顺便可以得到转移为：
??正变换：
??逆变换就是将特殊贡献扣除：
??可以发现(f(0,i)=A_i)，且这个转移可以滚动数组优化。
??这样的 FWT 就是(O(nlog_2n))。
2.2.与卷积
??与卷积与或卷积十分相似，因此可以用类似的方法分析。这里只给出状态和转移：
??正变换：
??逆变换：
2.3.异或卷积
??我们同样考虑异或的性质。
??设(count(i))为(i)的二进制中(1)的位数，(iotimes j=count(i&j)mod 2)则异或有性质：
??即奇偶性相等。设(count(j&i)=a,count(k&i)=b,count(j&k)=c)，则左侧奇偶性由(a+b)决定，右侧奇偶性由(a+b-2c)决定，可以发现两侧的奇偶性相等。
??说起奇偶性，我们可以想到(-1)的幂。于是设：
??然后就可以看看这样转换后乘起来的结果：
??我们达成了目的。接下来就看看怎么变换。继续考虑 DP ：
??可以发现，从(f(i-1))转到(f(i))的时候，只有第(i)位都是(1)才会令(jotimes k)改变奇偶性，即多乘上一个 -1 。
??这样转移，最终(jotimes k=0)的情况就会被乘上偶数次 -1 ，而(jotimes k=1)的情况就会被乘上奇数次 -1 ，最终答案就是正确的。
??按照这样，正变换：
??逆变换，用到了小学奥数的 " 和差问题 " 的结论：
??需要注意的是，异或卷积的逆变换还有一个 " 类 FFT " 的写法，即逆变换只比正变换在最后多除一个(n)（事实上异或 FWT 和 FFT 有很多相似处，可以在 K 进制 FWT 中找到答案）。
2.4.例题
??洛谷P4717。三种 FWT 全家桶。
??参考代码：
const int mod = 998244353, inv2 = 499122177;
const int MAXSIZ = 5e5 + 5;
int A[MAXSIZ], B[MAXSIZ], C[MAXSIZ], a[MAXSIZ], b[MAXSIZ];
int N, M;
int fix( const int x ) { return ( x % mod + mod ) % mod; }
namespace OR
{
void FWT( int *f, const int m )
{
for( int s = 2 ; s <= M ; s <<= 1 )
for( int i = 0, t = s >> 1 ; i < M ; i += s )
for( int j = i ; j < i + t ; j ++ )
f[j + t] = fix( f[j + t] + f[j] * m ) % mod;
}
}
namespace AND
{
void FWT( int *f, const int m )
{
for( int s = 2 ; s <= M ; s <<= 1 )
for( int i = 0, t = s >> 1 ; i < M ; i += s )
for( int j = i ; j < i + t ; j ++ )
f[j] = fix( f[j] + f[j + t] * m ) % mod;
}
}
namespace XOR
{
void FWT( int *f, const int m )
{
int t1, t2;
for( int s = 2 ; s <= M ; s <<= 1 )
for( int i = 0, t = s >> 1 ; i < M ; i += s )
for( int j = i ; j < i + t ; j ++ )
{
t1 = f[j], t2 = f[j + t];
if( m > 0 )
f[j] = ( t1 + t2 ) % mod,
f[j + t] = fix( t1 - t2 );
else
f[j] = 1ll * ( t1 + t2 ) % mod * inv2 % mod,
f[j + t] = 1ll * fix( t1 - t2 ) * inv2 % mod;
}
}
}
void cal( void ( *fwt ) ( int*, int ) ) //函数指针的写法，主要是方便。
{
for( int i = 0 ; i < M ; i ++ ) A[i] = a[i], B[i] = b[i];
fwt( A, 1 ), fwt( B, 1 );
for( int i = 0 ; i < M ; i ++ ) C[i] = 1ll * A[i] * B[i] % mod;
fwt( C, -1 );
for( int i = 0 ; i < M ; i ++ ) write( C[i] ), putchar( i == M - 1 ? ‘
‘ : ‘ ‘ );
}
3. FST
3.1. FST 怎么做
??它听着不妙。
??快速子集变换 FST 解决的是一类子集卷积的问题，即：
??这个卷积和或卷积的区别在于，或卷积可以有交集（并不要求(j& k=0)），然而子集卷积不可以有。
??注意到这个限制在子集卷积中等价于(|S|+|T|=|U|)。因此我们可以给状态加上一维限制大小：
??(f(i,U))：大小为(i)的集合(U)的所有子集的贡献，(g)和(h)同理转换。
??这个信息可以直接用 FWT 正变换得到。
??因此有转移：
??转移完成后需要 FWT 逆变换回来，再将不符合要求（集合大小不匹配）的清除。
3.2.例题
??[CF914G]Sum The Fibonacci， FWT + FST ，附赠题解一篇。
以上是关于FWT,FST入门的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
codeforces914GSum the Fibonacci FWT+FST（快速子集变换）