概述
这里不赘述离散傅里叶变换DFT,FFT的一种解释见
https://zhuanlan.zhihu.com/p/567738394.
这篇笔记很好地解释了FFT用于高精度乘法的原理,首先阐述FFT如何处理多项式,再把大整数看成多项式。
#include <cmath>
#include <iostream>
using namespace std;
#define rep(i, a, b) for (int i = (a); i <= (b); i++)
#define lop(i, a, b) for (int i = (a); i < (b); i++)
#define dwn(i, a, b) for (int i = (a); i >= (b); i--)
#define ceil(a, b) (a + (b - 1)) / b
#define db double
constexpr int N = 4e6 + 10, M = 2e6 + 10;
const double PI = acos(-1), eps = 1e-8;
int T, n, m;
struct Complex
{
double x, y;
Complex operator+(const Complex &t) const
{
return {x + t.x, y + t.y};
}
Complex operator-(const Complex &t) const
{
return {x - t.x, y - t.y};
}
Complex operator*(const Complex &t) const
{
return {x * t.x - y * t.y, x * t.y + y * t.x};
}
} a[N], b[N];
int rev[N], bit, tot, res[N];
void fft(Complex a[], int inv)
{
for (int i = 0; i < tot; i++)
{
if (i < rev[i])
swap(a[i], a[rev[i]]); //只需要交换一次就行了,交换两次等于没有换
}
for (int mid = 1; mid < tot; mid <<= 1)
{
auto w1 = Complex({cos(PI / mid), inv * sin(PI / mid)});
for (int i = 0; i < tot; i += mid * 2)
{
auto wk = Complex({1, 0}); //初始为w(0,mid),定义为w(k,mid)
for (int j = 0; j < mid; j++, wk = wk * w1) //单位根递推式
{
auto x = a[i + j], y = wk * a[i + j + mid];
a[i + j] = x + y, a[i + j + mid] = x - y;
}
}
}
}
void workFFT(int n, int m)
{// a[0, n], b[0, m]
while ((1 << bit) < n + m + 1)
bit++;
tot = 1 << bit;
for (int i = 0; i < tot; i++)
rev[i] = (rev[i >> 1] >> 1) | ((i & 1) << (bit - 1));
//递推(bit<<1)在bit之前,就已经被算出rev,最后一位是否为1
fft(a, 1), fft(b, 1);
for (int i = 0; i < tot; i++)
a[i] = a[i] * b[i]; //点表示法直接运算
fft(a, -1);//逆变换,点表示法转换为多项式表示法
for (int i = 0; i <= n + m; i++)
res[i] = (int)(a[i].x / tot + 0.5); //向上去整
}
// 一个大数看成多项式乘法,第i位 ai * 10 ^ i
int main()
{
string sa, sb;
cin >> sa >> sb;
n = sa.length() - 1;
m = sb.length() - 1;
rep(i, 0, n)
a[i].x = sa[n - i] - '0';
rep(i, 0, m)
b[i].x = sb[m - i] - '0';
workFFT(n, m);
int top = n + m;
int i = 0;
while(i <= top)
{
if(res[i] >= 10)
{
res[i + 1] += res[i] / 10;//进位
top += i == top;
res[i] %= 10;
}
i++;
}
while(!res[top] && top > 0) //去除掉最高位的0,同时确保答案=0的时候不会被抹除掉
top --;
dwn(i, top, 0)
cout << res[i];
}
考虑workFFT()中语句res[i] = (int)(a[i].x / tot + 0.5);事实上这里除以tot这一步在一般教科书中是定义在逆变换中的。
当认为n有界时,fft()时间复杂度是O(tot * (log tot)),所以总的时间复杂度是O( (n+m) * log(n+m) ).
但是n太大时,关于n的语句都要改用高精度运算(包括代码中的mid, tot都会成为大整数)。例如
for( Bigint i = 1; i<=n; ++i)时间复杂度为O(n log n). for (Bigint mid = 1; mid < tot; mid <<= 1)运算可以取对数转化为for (Bigint logmid = 1; logmid < logtot; ++ logmid ),所以时间复杂度为O(log (tot) * log(log(tot)) ). 于是fft()时间复杂度为O(tot * log (tot) * log(log(tot)) ).
最后
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