【HDU6057】Kanade's Convolution-FWT

测试地址:Kanade’s Convolution
题目大意:给定两个长为 2 m ( m 19 ) 的向量 A , B ,计算向量 C ,其中:

C k = i   a n d   j = k A i   x o r   j B i   o r   j

做法:本题需要用到FWT。
看到这种类似卷积的东西,又是关于位运算,自然想到FWT。但是这个式子看上去实在复杂,三种位运算都有,貌似不可算,所以我们先化一下式子:
首先我们根据位运算的定义,有: ( i   a n d   j ) + ( i   x o r   j ) = i   o r   j 。于是我们把枚举 i , j 改成枚举 x = i   o r   j , y = i   x o r   j ,那么条件 i   a n d   j = k 就变成了 x y = k ,根据 x , y 之间的特殊关系,减号可以换成 x o r 。在这种情况下,需要有一个约束条件使得存在一些与一对 x , y 对应的 i , j ,这个约束条件为 x   a n d   y = y 。又根据一些二进制位的关系可以得出,一对这样的 x , y 所对应的 i , j 对数为 2 b i t ( y ) ,其中 b i t ( y ) y 的二进制位数。这样我们就把式子化成了下面的形式:
C k = x   x o r   y = k [ x   a n d   y = y ] B x A y 2 b i t ( y )

这时候这个式子已经很有卷积的感觉了,关键是方括号内的部分怎么处理。这时候我们需要把条件换成另一个等价的条件。当 x   x o r   y = k 时, x   a n d   y = y b i t ( x ) b i t ( y ) = b i t ( k ) 是等价的,证明还是从 x , y 间的特殊关系着手。于是式子变成:
C k = x   x o r   y = k [ b i t ( x ) b i t ( y ) = b i t ( k ) ] B x A y 2 b i t ( y )

令向量 F ( A , k ) i = [ b i t ( i ) = k ] A i (实际上就是把 b i t ( i ) k 的所有 A i 单独抽出来),再令 A i = A i 2 b i t ( i ) ,有:
F ( C , k ) = i = k m F ( B , i ) F ( A , i k )
根据FWT得出的点值表示的性质,这些东西可以通过FWT后,直接对位相加、乘来计算,最后再把这一大堆进行逆FWT即可。
注意到 C k = F ( C , b i t ( k ) ) k ,于是我们只需按照上面的方法计算出 F ( C , i ) 即可解决此题,时间复杂度为 O ( m 2 2 m )
以下是本人代码:

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
typedef long long ll;
const ll mod=998244353;
const ll inv=(mod+1)>>1;
int m,n,bit[600010];
ll a[600010],b[600010];
ll A[20][600010]={0},B[20][600010]={0},C[20][600010]={0};

void FWT(ll *a,int n,int type)
{
    for(int mid=1;mid<n;mid<<=1)
        for(int l=0;l<n;l+=(mid<<1))
            for(int k=0;k<mid;k++)
            {
                ll x=a[l+k],y=a[l+mid+k];
                a[l+k]=(x+y)%mod;
                a[l+mid+k]=(x-y+mod)%mod;
                if (type==-1)
                {
                    a[l+k]=a[l+k]*inv%mod;
                    a[l+mid+k]=a[l+mid+k]*inv%mod;
                }
            }
}

int main()
{
    scanf("%d",&m);
    n=(1<<m);
    for(int i=0;i<n;i++)
        scanf("%lld",&a[i]);
    for(int i=0;i<n;i++)
        scanf("%lld",&b[i]);
    for(int i=0;i<n;i++)
    {
        bit[i]=0;
        int x=i;
        while(x)
        {
            if (x&1) bit[i]++;
            x>>=1;
        }
    }

    for(int i=0;i<n;i++)
    {
        A[bit[i]][i]=a[i]*(1ll<<bit[i])%mod;
        B[bit[i]][i]=b[i];
    }
    for(int i=0;i<=m;i++)
        FWT(A[i],n,1),FWT(B[i],n,1);
    for(int i=0;i<=m;i++)
        for(int j=0;j+i<=m;j++)
        {
            int k=j+i;
            for(int p=0;p<n;p++)
                C[i][p]=(C[i][p]+A[j][p]*B[k][p])%mod;
        }
    for(int i=0;i<=m;i++)
        FWT(C[i],n,-1);

    ll now=1,ans=0;
    for(int i=0;i<n;i++)
    {
        ans=(ans+C[bit[i]][i]*now)%mod;
        now=now*1526ll%mod;
    }
    printf("%lld\n",ans);

    return 0;
}

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FWT