拉格朗日插值求系数

更新（2024.9.8）：更新了格式。

设有 \(n\) 个点，坐标为 \((x_i,y_i)\)， 现在要求解它们所够成的 \(n-1\) 次多项式 \(F(x)\) 的系数。

先回顾一下一般拉格朗日插值：

定义

\[f_i(x)=\begin{cases}1,(x=x_i)\\0,(x=x_j,j\neq i)\end{cases}\\ y_i=F(x_i) \]

\(F(x)\) 必须满足代入任意一个 \(x_i\)， 得到一个对应的 \(y_i\)。

因此

\[F(x)=\sum_{i=1}^{n}y_i\cdot f_i(x) \]

可以通过构造得

\[f_i(x)=\prod_{j=1,j\neq i}^{n}\frac{x-x_j}{x_i-x_j} \]

那么

\[F(x)=\sum_{i=1}^{n}y_i\cdot f_i(x)=\sum_{i=1}^{n}y_i\cdot \prod_{j=1,j\neq i}^{n}\frac{x-x_j}{x_i-x_j} \]

现在我们得到

\[F(x)=\sum_{i=1}^{n}y_i\cdot \prod_{j=1,j\neq i}^{n}\frac{x-x_j}{x_i-x_j} \]

考虑如何得到 \(F(x)\) 的系数，可以先 \(\mathcal{O}(n^2)\)， 求得

\[G(x)=\prod_{j=1}^{n}{x-x_j} \]

这个多项式的所有系数。

但是我们发现这并不满足 \(j\neq i\) 这个条件，因此要想办法对每个 \(i\) 除去 \(x-x_i\)，这就要用到多项式除法。

又因为 \(x\) 的系数为 \(1\)，因此单次除法可以做到 \(\mathcal{O}(n)\)。

这样，我们就可以对每个 \(i\)，每次 \(\mathcal{O}(n)\) 得到分子，而分母的 \(x_i-x_j\) 只与 \(i\) 有关，因此需要每次重新算。

然后，对每个 \(i\)，我们将 \(\mathcal{O}(n)\) 得到的分子乘上分母的逆元，再乘上 \(y_i\)，就得到了 \(F(x)\) 的一部分（它也是个多项式）。

最后，再将所有 \(i\) 得到的系数值对应相加就得到了 \(F(x)\)。

总时间复杂度为 \(\mathcal{O}(n^2)\)。

代码：

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N=2e3+5,MOD=998244353;
int n,X[N],Y[N],fz1[N],fz2[N],tmp[N],xs[N];
int ksm(int x,int y){
	int res=1;
	while(y){
		if(y&1)res=1ll*res*x%MOD;
		x=1ll*x*x%MOD;
		y>>=1;
	}
	return res;
}
inline int inc(int x,int y){return (x+y>=MOD)?(x+y-MOD):(x+y);}
inline int dec(int x,int y){return (x-y<0)?(x-y+MOD):(x-y);}
void pmul(int *A,int deg,int xi){//系数从下标1开始,deg表示多项式的度数
	for(int i=deg+1;i>=1;i--)
		tmp[i]=A[i],A[i]=A[i-1];
	for(int i=1;i<=deg+1;i++)
		A[i]=inc(A[i],1ll*tmp[i]*xi%MOD);
}
void pdiv(int *A,int *res,int deg,int xi){
	for(int i=1;i<=deg+1;i++)tmp[i]=A[i];
	for(int i=deg;i>=1;i--)
		res[i]=tmp[i+1],tmp[i]=dec(tmp[i],1ll*tmp[i+1]*xi%MOD);
}
int main(){
	scanf("%d",&n);
	for(int i=1;i<=n;i++)
		scanf("%d%d",&X[i],&Y[i]);
	fz1[1]=1;
	for(int i=1;i<=n;i++)
		pmul(fz1,i,dec(0,X[i]));
	for(int i=1;i<=n;i++){
		int fm=1;
		for(int j=1;j<=n;j++)
			if(i!=j)fm=1ll*fm*dec(X[i],X[j])%MOD;
		pdiv(fz1,fz2,n,dec(0,X[i]));
		fm=1ll*Y[i]*ksm(fm,MOD-2)%MOD;
		for(int j=1;j<=n;j++)
			xs[j]=inc(xs[j],1ll*fm*fz2[j]%MOD);
	}
	for(int i=1;i<=n;i++)
		printf("%d ",xs[i]);
	return 0;
}