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Fast Walsh-Hadamard Transform

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引入

这几天看了下 Fast Walsh-Hadamard Transform ,感觉挺有(gui)趣(chu)的,于是在这里写一下。
具体为什么是对的我还没有完全理清,大概就是个奇葩的构造吧……
之前有几个地方弄错了……现在修正了下。

简介

Fast Walsh-Hadamard Transform 就是用于解决一类卷积问题的方法。大概如下:

其中 指任一二元逻辑位运算。
这有什么用?呵呵……

一些基础的想法

为了加速这个运算,我们还是需要用一些类似FFT的东西。
注意到位运算都是有位独立性的,那么每次我们只考虑某一位?
不妨假设:

那么,我们的目标就是求出:

假如构造了一个变换 ,满足:

且可以在较短时间内进行变换 及其逆变换 ,那么我们的目标就可以实现了。
似乎便不能继续往下走了,那我们具体情况具体分析。

XOR

指异或运算的时候,即 SRM518 Nim 那题中所需要的方法。
此时:

接下来怎么来找变换 ?其实我并不知道这个变换是怎么找到的(可能哪个无聊的正好构造出来了?或者从很小的情况中顺藤摸瓜出来了?)。
但是这个变换确实存在,且形式比较漂亮。

虽然不知道这个是怎么构造出来的,不过我们还是可以很轻易地验证的。

AND

指与运算的时候,也是可以做的。
变换为:

同样轻易可验证。

OR

指或运算的时候,可以类比于与运算的变换:

XNOR,NAND,NOR

指异或非运算、与非运算、或非运算时。
我们可以将 直接用异或运算、与运算、或运算的方法求出来,然后将互反的两位交换即可。

代码

这里只贴一个与运算的代码,别的运算都可以类似实现。

void FWT( ll X[], int l, int r, int v ) {
    if ( l == r ) return;
    int m = ( l + r ) >> 1;
    FWT( X, l, m, v ); FWT( X, m + 1, r, v );
    FOR ( i, 0, m - l ) {
        X[ l + i ] += X[ m + 1 + i ] * v;
    }
}

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