快速沃尔什变换(FWT)介绍

快速沃尔什变换(FWT)介绍

众所周知,FFT可以有效地解决如下的问题
A = ( a 1 , … , a n ) B = ( b 1 , . . . , b n ) C = ( c 1 , . . . , c n ) c k = ∑ i + j = k a i ∗ b j A=(a_1,\dots,a_n)\\ B=(b_1,...,b_n)\\ C=(c_1,...,c_n)\\ c_k=\sum_{i+j=k}a_i*b_j\\ A=(a1,,an)B=(b1,...,bn)C=(c1,...,cn)ck=i+j=kaibj
但事实上,把求和号里的条件里的“+”换成与、或、异或、同或也可以有 O ( n log ⁡ n ) O(n\log n) O(nlogn)时间复杂度的计算方法,这就是快速沃尔什变换(FWT)

鉴于与和或、异或和同或的处理方式比较相似,因此这里就重点分析或、异或这两种情况,另外两种只给结论

注:这里假设序列长度都是 2 k 2^k 2k(事实上必须补成这个样子)

或卷积

对于卷积来说,我们肯定希望最后变成元素积来进行运算,那么能够进行元素积的这个状态就是我们的目标,在FFT中这个目标状态是插值,而在或卷积中,我们要的目标状态是这样的
F W T o r ( A ) [ i ] = ∑ i ∣ j = i a j    ( ∗ ) FWT_{or}(A)[i]=\sum_{i|j=i}a_j\ \ (*) FWTor(A)[i]=ij=iaj  ()
事实上就是对于i来说 F W T o r ( A ) [ i ] FWT_{or}(A)[i] FWTor(A)[i]就是i的子集的对应位置的和(请记住这一点)

很容易看出
F W T o r ( C ) [ i ] = F W T o r ( A ) [ i ] ∗ F W T o r ( B ) [ i ]

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