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  • 拉格朗日插值以及它的变形

    (本文中的数学公式或许需要耐心等待才能加载出来)

    首先,我们要知道,谁是拉格朗日:

    但其实这不重要,重要的是它的插值法;

    对于一个点值多项式,我们可以n^3地把它高斯消元得到一组系数解;

    但这太慢了;

    所以我们需要用到拉格朗日插值;

    先看一个公式

     $f(k)=sum_{i=0}^{n}y_{i}prod_{j eq i}^{n}frac{(k-x_{j})}{(x_{i}-x_{j})}$

    发现一个特点没有?这是一个多项式!(废话,这用你说?)

    然后还有一个特点:

    如果我们把第xi项带入,那么只要第i项存在(不为0),其他项都是0(因为其他项的分子一定会存在$x_{j}-x_{j}$,导致分子是0),且 $prod_{j eq i}^{n}frac{(k-x_{j})}{(x_{i}-x_{j})}$项一定是1.

    那么这样我们就得到了这个多项式(n+1个点确定唯一一个n次多项式);

    由公式可见:计算的复杂度是n^2的

    那么还有没有改进呢?

    答案肯定是有!

    1.在x取值连续时的做法

      我们假设x=1,2,3,...,n;

      那么将这些数代入公式,得到化简版:

     $f(x)=sum_{i=0}^{n}y_{i}prod_{j eq i}^{n}frac{(k-j)}{(i-j)}$

      发现什么了没有? 分子可以通过预处理前缀积$prod_{j=1}^{n}(k-j) $得到;

    那么分母呢?可以通过预处理阶乘得到(注意符号问题);

    这样得到了O(n)的算法;公式如下:

    $f(x)=sum_{i=0}^{n}y_{i}frac{pre_{i-1} imes suf_{i+1}}{(fac[i] imes fac[n-i])}$

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