多項式問題之五——多項式exp


問題:已知一個多項式$F(x)$次數為$n-1$,求一個多項式$G(x)$滿足$G(x)\equiv e^{F(x)}$($mod$ $x^{n}$)

保證$F(x)$常數項為$0$

好像有點困難...

首先有一個基礎知識:

我們可以用牛頓迭代求出一個多項式的多項式零點

也即已知一個多項式$F(x)$,可以利用牛頓迭代求出一個多項式$G(x)$滿足$F(G(x))\equiv 0$($mod$ $x^{n}$)

為什么我們要知道這件事情?

假設我們已知了$G_{0}(x)\equiv e^{F(x)}$($mod$ $x^{\frac{n}{2}}$

那么我們需要求出的就是$G_{0}$與$G(x)$的關系

首先,根據牛頓迭代公式,可得:
$G(x)=G_{0}(x)-\frac{F(G_{0}(x)}{F^{'}(G_{0}(x))}$

(關於這個公式的來歷,我在最下面有一個感性理解的部分)

但是這個嵌套的東西還是很鬧心

那么我們從另一個方向再進行一些推導:

已知$G(x)\equiv e^{F(x)}$($mod$ $x^{n}$)

那么兩邊取對數

$lnG(x)-F(x)\equiv 0$($mod$ $x^{n}$)

設$H(G(x))\equiv lnA(x)-B(x)\equiv 0$ ($mod$ $x^{n}$)

那么求導即得到$H^{'}(G_{0}(x))\equiv G_{0}^{-1}(x)$

那么再回到上面的表達式:

 $G(x)=G_{0}(x)-\frac{H(G_{0}(x)}{H^{'}(G_{0}(x))}$

最后整理一遍,得到:

$G(x)\equiv G_{0}(x)[1-lnG_{0}(x)+F(x)]$($mod$ $x^{n}$)

這樣就可以倍增去求了

關於牛頓迭代:

假設我們要求一個函數$f(x)$的零點,那么我們不妨假設這個零點是$x_{0}$,然后將$f(x)$在$x=x_{0}$處求導得$f^{'}(x_{0})$,計算出在這一點的切線

$y=f^{'}(x_{0})(x-x_{0})+f(x_{0})$

接下來求出該切線與$x$軸交點橫坐標$x_{1}$,那么$x_{1}$的精度就比$x_{0}$的精度好一倍(大概是這個意思吧)

我們計算出$x_{1}$的表達式,可以發現$x_{1}=x_{0}-\frac{f(x_{0})}{f^{'}(x_{0})}$,那么這就是一個遞推關系式,將未知數$x$換為多項式$G(x)$即得回上式

代碼:

// luogu-judger-enable-o2
#include <cstdio>
#include <cmath>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <queue>
#include <stack>
#define ll long long
#define maxn 100005
using namespace std;
const ll mode=998244353;
ll tempf[100005],tempdf[100005],tempif[100005];
ll lB[100005],tB[100005];
ll F[100005],G[100005];
ll W[(1<<20)+5];
int n;
ll pow_mul(ll x,ll y)
{
    ll ret=1;
    while(y)
    {
        if(y&1)ret=ret*x%mode;
        x=x*x%mode,y>>=1;
    }
    return ret;
}
int to[(1<<20)+5];
void NTT(ll *a,int len,int k)
{
    for(int i=0;i<len;i++)if(i<to[i])swap(a[i],a[to[i]]);
    for(int i=1;i<len;i<<=1)
    {
        ll w0=W[i];
        for(int j=0;j<len;j+=(i<<1))
        {
            ll w=1;
            for(int o=0;o<i;o++,w=w*w0%mode)
            {
                ll w1=a[j+o],w2=a[j+o+i]*w%mode;
                a[j+o]=(w1+w2)%mode,a[j+o+i]=((w1-w2)%mode+mode)%mode;
            }
        }
    }
    if(k==-1)
    {
        ll inv=pow_mul(len,mode-2);
        for(int i=1;i<(len>>1);i++)swap(a[i],a[len-i]);
        for(int i=0;i<len;i++)a[i]=a[i]*inv%mode;
    }
}
ll A[(1<<20)+5],B[(1<<20)+5],C[(1<<20)+5];
void mul(ll *f,ll *g,int lenf,int leng)
{
    int lim=1,l=0;
    while(lim<=lenf+leng)lim<<=1,l++;
    for(int i=0;i<lim;i++)to[i]=((to[i>>1]>>1)|((i&1)<<(l-1)));
    for(int i=0;i<lim;i++)A[i]=B[i]=0;
    for(int i=0;i<lenf;i++)A[i]=f[i];
    for(int i=0;i<leng;i++)B[i]=g[i];
    for(int i=1;i<lim;i<<=1)W[i]=pow_mul(3,(mode-1)/(i<<1));
    NTT(A,lim,1),NTT(B,lim,1);
    for(int i=0;i<lim;i++)C[i]=A[i]*B[i]%mode;
    NTT(C,lim,-1);
}
void get_inv(ll *f,ll *g,int dep)
{
    if(dep==1)
    {
        g[0]=pow_mul(f[0],mode-2);
        return;
    }
    int nxt=(dep+1)>>1;
    get_inv(f,g,nxt);
    int lim=1,l=0;
    while(lim<=2*dep)lim<<=1,l++;
    for(int i=0;i<lim;i++)to[i]=((to[i>>1]>>1)|((i&1)<<(l-1)));
    for(int i=0;i<lim;i++)A[i]=B[i]=0;
    for(int i=0;i<dep;i++)A[i]=f[i];
    for(int i=0;i<nxt;i++)B[i]=g[i];
    for(int i=1;i<lim;i<<=1)W[i]=pow_mul(3,(mode-1)/(i<<1));
    NTT(A,lim,1),NTT(B,lim,1);
    for(int i=0;i<lim;i++)C[i]=A[i]*B[i]%mode*B[i]%mode;
    NTT(C,lim,-1);
    for(int i=0;i<dep;i++)g[i]=((2*g[i]-C[i])%mode+mode)%mode;
}
void get_ln(ll *f,ll *g,int len)
{
    for(int i=0;i<len;i++)tempf[i]=f[i];
    for(int i=1;i<len;i++)tempdf[i-1]=tempf[i]*i%mode;
    for(int i=0;i<len;i++)tempif[i]=0;
    get_inv(tempf,tempif,len);
    mul(tempif,tempdf,len,len);
    g[0]=0;
    for(int i=1;i<len;i++)g[i]=C[i-1]*pow_mul(i,mode-2)%mode;
}
void get_exp(ll *f,ll *g,int dep)
{
    if(dep==1)
    {
        g[0]=1;
        return;
    }
    int nxt=(dep+1)>>1;
    get_exp(f,g,nxt);
    get_ln(g,lB,dep);
    for(int i=0;i<dep;i++)tB[i]=(f[i]-lB[i]+mode)%mode;
    tB[0]++;
    tB[0]%=mode;
    mul(tB,g,dep,dep);
    for(int i=0;i<dep;i++)g[i]=C[i];
}
char buffer[maxn],*S,*T; 
inline char Getchar()  
{  
    if(S==T)  
    {  
        T=(S=buffer)+fread(buffer,1,maxn,stdin);
        if(S==T) return EOF;  
    }  
    return *S++;  
}
inline ll read()
{
    ll f=1,x=0;char ch=Getchar();
    while(ch<'0'||ch>'9'){if(ch=='-')f=-1;ch=Getchar();}
    while(ch>='0'&&ch<='9'){x=x*10+ch-'0';ch=Getchar();}
    return x*f;
}
int main()
{
    scanf("%d",&n);
    for(int i=0;i<n;i++)F[i]=read();
    get_exp(F,G,n);
    for(int i=0;i<n;i++)printf("%lld ",G[i]);
    printf("\n");
    return 0;
}

 


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