convolution.hpp

[詳解]

#include"../../kyopro_library/template.hpp"
 
/// @brief 高速フーリエ変換
/// @note O(N log(N))
/// @details f(x) = Σ a[i]x^i, w^N = 1 とすると、F(t) = Σ f(w^i)t^i の各係数を返す。
/// @details a = (a[0], a[1], ..., a[n-1]) -> fa = (f(w^0), f(w^1), ..., f(w^(n-1)))
void FFT(vector<complex<double>>& a, bool inv=false) {
    int n=a.size(), h=0;
    while((1<<h)<n) h++;
    for(int i=0; i<n; i++) {
        int j=0;
        //ビットを逆に
        for(int k=0; k<h; k++) j|=(i>>k&1)<<(h-1-k);
        if(i<j) swap(a[i],a[j]);
    }
 
    for(int b=1; b<n; b<<=1) {
        for(int j=0; j<b; j++) {
            //b = ブロックサイズの半分
            //j, j+b を計算
            //w = exp(-2πj / 2b) = 1 の b 乗根の j 乗
            complex<double> w=polar(1.0,(2.0*M_PI)/(2.0*b)*j*(inv?1:-1));
            //ブロックサイズ 2b だけずらしながら計算
            for(int k=0; k<n; k+=b*2) {
                complex<double> s=a[j+k], t=a[j+k+b]*w;
                a[j+k]=s+t; a[j+k+b]=s-t;
            }
        }
    }
 
    if(inv) for(int i=0; i<n; i++) a[i]/=n;
}
 
/// @brief 畳み込み
/// @note O(N log(N))
vector<double> Convolve(const vector<double>& a, const vector<double>& b) {
    int n=1;
    while(n+1<a.size()+b.size()) n*=2;
    vector<complex<double>> fa(n), fb(n);
    for(int i=0; i<a.size(); i++) fa[i]=a[i];
    for(int i=0; i<b.size(); i++) fb[i]=b[i];
 
    // fa, fb を高速フーリエ変換
    FFT(fa); FFT(fb);
    // fa' * fb' を計算
    for(int i=0; i<n; i++) fa[i]*=fb[i];
    // fa' * fb' を逆高速フーリエ変換し、fa * fb の係数を得る
    FFT(fa,true);
 
    vector<double> ret(n); for(int i=0; i<n; i++) ret[i]=fa[i].real();
    return ret;
}