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多项式开方 - 数学
## 描述 给定多项式 $g\left(x\right)$ ,求 $f\left(x\right)$ ,满足: $$ f^{2}\left(x\right)\equiv g\left(x\right) \pmod{x^{n}} $$ ## 解法 ### 倍增法 假设现在已经求出了 $g\left(x\right)$ 在模 $x^{\left\lceil\frac{n}{2}\right\rceil}$ 意义下的平方根 $f_{0}\left(x\right)$ ,则有: $$ \begin{aligned} f_{0}^{2}\left(x\right)&\equiv g\left(x\right) &\pmod{x^{\left\lceil\frac{n}{2}\right\rceil}}\\\\ f_{0}^{2}\left(x\right)-g\left(x\right)&\equiv 0 &\pmod{x^{\left\lceil\frac{n}{2}\right\rceil}}\\\\ \left(f_{0}^{2}\left(x\right)-g\left(x\right)\right)^{2}&\equiv 0 &\pmod{x^{n}}\\\\ \left(f_{0}^{2}\left(x\right)+g\left(x\right)\right)^{2}&\equiv 4f_{0}^{2}\left(x\right)g\left(x\right) &\pmod{x^{n}}\\\\ \left(\frac{f_{0}^{2}\left(x\right)+g\left(x\right)}{2f_{0}\left(x\right)}\right)^{2}&\equiv g\left(x\right) &\pmod{x^{n}}\\\\ \frac{f_{0}^{2}\left(x\right)+g\left(x\right)}{2f_{0}\left(x\right)}&\equiv f\left(x\right) &\pmod{x^{n}}\\\\ 2^{-1}f_{0}\left(x\right)+2^{-1}f_{0}^{-1}\left(x\right)g\left(x\right)&\equiv f\left(x\right) &\pmod{x^{n}} \end{aligned} $$ 倍增计算即可。 时间复杂度 $$ T\left(n\right)=T\left(\frac{n}{2}\right)+O\left(n\log{n}\right)=O\left(n\log{n}\right) $$ 还有一种常数较小的写法就是在倍增维护 $f\left(x\right)$ 的时候同时维护 $f^{-1}\left(x\right)$ 而不是每次都求逆。 > 当 $\left[x^{0}\right]g\left(x\right)\neq 1$ 时,可能需要使用二次剩余来计算 $\left[x^{0}\right]f\left(x\right)$ 。 ### "洛谷模板题 [P5205 【模板】多项式开根](https://www.luogu.com.cn/problem/P5205) 参考代码" ```cpp #include
using namespace std; const int maxn = 1 << 20, mod = 998244353; int a[maxn], b[maxn], g[maxn], gg[maxn]; int qpow(int x, int y) { int ans = 1; while (y) { if (y & 1) { ans = 1LL * ans * x % mod; } x = 1LL * x * x % mod; y >>= 1; } return ans; } int inv2 = qpow(2, mod - 2); inline void change(int *f, int len) { for (int i = 1, j = len >> 1; i < len - 1; i++) { if (i < j) { swap(f[i], f[j]); } int k = len >> 1; while (j >= k) { j -= k; k >>= 1; } if (j < k) { j += k; } } } inline void NTT(int *f, int len, int type) { change(f, len); for (int q = 2; q <= len; q <<= 1) { int nxt = qpow(3, (mod - 1) / q); for (int i = 0; i < len; i += q) { int w = 1; for (int k = i; k < i + (q >> 1); k++) { int x = f[k]; int y = 1LL * w * f[k + (q >> 1)] % mod; f[k] = (x + y) % mod; f[k + (q >> 1)] = (x - y + mod) % mod; w = 1LL * w * nxt % mod; } } } if (type == -1) { reverse(f + 1, f + len); int iv = qpow(len, mod - 2); for (int i = 0; i < len; i++) { f[i] = 1LL * f[i] * iv % mod; } } } inline void inv(int deg, int *f, int *h) { if (deg == 1) { h[0] = qpow(f[0], mod - 2); return; } inv(deg + 1 >> 1, f, h); int len = 1; while (len < deg << 1) { len <<= 1; } copy(f, f + deg, gg); fill(gg + deg, gg + len, 0); NTT(gg, len, 1); NTT(h, len, 1); for (int i = 0; i < len; i++) { h[i] = 1LL * (2 - 1LL * gg[i] * h[i] % mod + mod) % mod * h[i] % mod; } NTT(h, len, -1); fill(h + deg, h + len, 0); } int n, t[maxn]; inline void sqrt(int deg, int *f, int *h) { if (deg == 1) { h[0] = 1; return; } sqrt(deg + 1 >> 1, f, h); int len = 1; while (len < deg << 1) { len <<= 1; } fill(g, g + len, 0); inv(deg, h, g); copy(f, f + deg, t); fill(t + deg, t + len, 0); NTT(t, len, 1); NTT(g, len, 1); NTT(h, len, 1); for (int i = 0; i < len; i++) { h[i] = 1LL * inv2 * (1LL * h[i] % mod + 1LL * g[i] * t[i] % mod) % mod; } NTT(h, len, -1); fill(h + deg, h + len, 0); } int main() { cin >> n; for (int i = 0; i < n; i++) { scanf("%d", &a[i]); } sqrt(n, a, b); for (int i = 0; i < n; i++) { printf("%d ", b[i]); } return 0; } ``` ### Newton's Method 参见 [ **Newton's Method** ](./newton.md#newtons-method) . ## 例题 1. [ **「Codeforces Round #250」E. The Child and Binary Tree** ](https://codeforces.com/contest/438/problem/E)