Diary & Note - 两个惊喜


??我们有单位根反演:

\[\sum_{k\mid n}[x^n]f(x)=\frac{1}{k}\sum_{i=0}^{k-1}f(\omega_k^i). \]

我们有 CRT:

\[x\equiv r_{1..n}\pmod{m_{1..n}}\\ \Leftrightarrow x\equiv \sum_{i=1}^nr_i\cdot\operatorname{inv}(M/m_i,m_i)\cdot M/m_i\pmod M. \]

我们还有 Lagrange 插值:

\[f(x)=\sum_{i=0}^{\deg f}f(x_i)\prod_{j\neq i}\frac{x-x_j}{x_i-x_j}. \]

然后我宣称 CRT 才是老大!


??从单位根反演开始,其实它指出

\[[x^0](f(x)\bmod(x^k-1))=\frac{1}{k}\sum_{i=0}^{k-1}f(\omega_k^i). \]

(左侧在组合意义上与原式左侧相等是显然的,就不证了。)它是如何实现这一过程的?注意到有

\[x^k-1=0\Leftrightarrow x\in\{\omega_k^i\}_{i=0}^{k-1}, \]

然后浅代数基本定理一下就是

\[x^k-1=(x-\omega_k^0)(x-\omega_k^1)\cdots(x-\omega_k^{k-1}). \]

如果我们求出 \(y_i=[x^0](f(x)\bmod (x-\omega_k^i))\),大概就可以 CRT 一发合并了?

??注意到 \(f(x)\bmod (x-t)=f(t)\),所以 \(y_i=f(\omega_k^i)\)。套一套 CRT 的话……

\[f(x)\equiv y_i\pmod{x-\omega_k^i}\\ \Leftrightarrow f(x)\equiv\sum_{i=0}^{k-1}y_i\cdot\prod_{j\neq i}\frac{1}{\omega_k^i-\omega_k^j}\cdot\prod_{j\neq i}(x-\omega_k^i)\pmod{x^k-1}\\ \begin{aligned}[] \Rightarrow [x^0](f(x)\bmod (x^k-1)) &= \sum_{i=0}^{k-1}y_i\cdot \frac{\omega_k^i}{k}\cdot \omega_k^{-i}\\ &= \frac{1}{k}\sum_{i=0}^{k-1}f(\omega_k^i). \end{aligned} \]

(第二项的化简好像 3B1B 讲过形象证明,不过可以直接洛。)这 tm 不就是所谓单位根反演吗?

??但是,要说从 \(f(x)\bmod (x^k-1)\) 推导单位根反演,我一开始的思路是 Lagrange 插值。但……也许不怎么科学,我们用 \(f\) 的点值而非 \(f(x)\bmod(x^k-1)\) 的点值。带入插值公式:

\[g(x)=\sum_{i=0}^{k-1}f(\omega_k^i)\prod_{j\neq i}\frac{x-\omega_k^i}{\omega_k^i-\omega_k^j}. \]

对比上面 CRT 的结论,发现 \(g(x)=f(x)\bmod (x^k-1)\),我们也可以从 Lagrange 插值的角度,取常数项得到单位根反演。

??那么 CRT 和 Lagrange 插值又是什么关系?

??式子是一样的,也就是说……

??若 Lagrange 用 \(x_{1..n}\) 去插 \(f(x)\),令 \(h(x)=\prod_{i=1}^n(x-x_i)\),那实际上得到的 \(g(x)\) 就是

\[g(x)\equiv f(x)\pmod{h(x)}. \]

为什么插出 \(n\) 次多项式至少需要 \(n+1\) 个点值?因为 \(\deg h>n\) 时,可以保证 \(g(x)=f(x)\)。而在推导单位根反演的过程中,我们不知道 \(\deg f\),自然也就是引入模 \((x^k-1)\) 来表示最终结果了。


??也许可以这么说:

  • Lagrange 插值是 CRT 的特殊情况(无需取模);
  • 单位根反演是弟中弟。

??Lagrange 插值法是以法国十八世纪数学家 Joseph-Louis Lagrange 命名的一种多项式插值方法。然而在南北朝时期,《孙子算经》卷下第二十六题就已经提出了更为广义的中国剩余定理。比西方整整早了十三个世纪!(doge

??还是希望第一次学 Lagrange 插值 / CRT / 单位根反演,或者第一次学完 Lagrange 插值 & CRT & 单位根反演 的时候,就被安利这个惊喜 w。



??前面是第一个惊喜,下面这首翻唱是第二个咯。

  • 【洛天依AI】贝加尔湖畔【你清澈又神秘】_哔哩哔哩_bilibili

??真的是 IT 的时代啊,最近的 ACE 和 SynthV 引入 AI 的技术力真的比传统 V 强大了几个层次,可以让音乐圈不明真相的叔叔评价“被上帝吻过的嗓音”。主页推送几乎从【洛天依原创】全部变成【洛天依 AI】(当然,中间没空格 w)。虽然 P 主变 A 主从客观上看应该是大势所趋,但不管怎么说都算是对“情怀”的巨大冲击。而且“不难听的歌”的调试门槛降低,肯定又会有一堆小鬼来污染环境。

??没有什么成熟的见解。有意思的是,“它们”都是洛天依,这似乎契合了我所认为的“爱”虚拟歌姬的本质。

??结束语:都给我去听啊喂!

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