洛谷 P4781 拉格朗日插值

本文介绍了一种基于平面上n个点唯一确定一个多项式的算法,通过拉格朗日插值公式计算f(x)的值,并利用费马小定理求解大分母的乘法逆元,实现高效模运算。复杂度为O(n^2),适用于求解多项式插值问题。

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题面

给出平面上 n 个点,唯一确定一个多项式(次数小于等于 n-1 ),并给一个值求 f(k)f(k)f(k) mod 998244353

分析

根据线性代数里的结论,从 n 个点得到的 f(x) 可以如下表示
f(x)=∑i=1nyi×∏j=1,j≠inx−xjxi−xjf(x)=\displaystyle\sum_{i=1}^{n} y_i × \displaystyle\prod_{j=1,j≠i}^{n}{{x-x_j} \over {x_i-x_j}}f(x)=i=1nyi×j=1,j=inxixjxxj

其中 x−xjxi−xj\displaystyle{{x-x_j} \over {x_i-x_j}}xixjxxj 被称作插值基,容易验证将某个给出的点(n个点中的某个点)带入(定为m)时:
xm=xix_m=x_ixm=xi时,该插值基的值为1
xm≠xix_m≠x_ixm=xi时,分子上有一项是0,该插值基的值为0.
这就验证了 f(x) 过这 n 个点


计算过程比较简单,直接带入即可,复杂度 O(n2)O(n^2)O(n2)

值得一提的是因为每一项都有一个大分母,并且还要取模,不难想到需要求分母的乘法逆元。
取模数是个质数,就可以采用费马小定理求逆。
当 p 是质数时,ap≡a(modp)a ^p\equiv a(modp)apa(modp),或者说ap−1≡1(modp)a ^{p-1}\equiv 1(modp)ap11(modp),后者进行拆分:
ap−2×a≡1(modp)a ^{p-2}×a\equiv 1(modp)ap2×a1(modp)
就发现了 ap−2%pa^{p-2} \% pap2%paaa 的乘法逆元,当p为质数

代码

#include <stdio.h>
#include<iostream>
#include<cstdlib>
#include<algorithm>
#include<cstring>
#include<string>
using namespace std;
#define mod 998244353
inline long long power(long long a, long long b, long long p)//a^b mod p
{ 
	long long ans = 1;
	while (b)
	{
		if (b & 1)ans *= a;
		b >>= 1;
		a = a * a % p;
		ans = ans % p;
	}
	return ans;
}
long long x[2005], y[2005], k, n;
long long lagrange(long long n, long long k)
{
	long long ans = 0;
	long long under, up;//分母,分子
	for (int i = 0; i < n; i++)//插第i个点
	{
		under = 1, up = 1;
		for (int j = 0; j < n; j++)//第j项
		{
			if (i != j)//缺项
			{
				up = up * (k - x[j]) % mod;
				under =under* (x[i] - x[j]) % mod;
			}
		}
		ans += y[i] * up % mod * power(under, mod - 2, mod) % mod;
		ans %= mod;
	}
	return (ans+mod)%mod;
}
int main()
{
    ios::sync_with_stdio(false);
	cin >> n >> k;
	for (int i = 0; i < n; i++)cin >> x[i] >> y[i];
	cout << lagrange(n, k);
    return 0;
}
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