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零常识证明 领略FFT的蝶形运算

也就是说,P*Q分组的环境下,蝶形运算如下图:

在stage s=1的环境下,也就是最“底层”的两个1阶多项式归并。旋转因子是w_2^0。留意这一层的输出功效,会作为下一层stage s=2的输入,这一层的旋转因子是w_4^{0,1}。这一层要处理惩罚的是“两个”2阶多项式的归并。在奇偶分另外环境下,第一个/第二个元素和第三个/四个元素(跨度为2)做蝶形运算。依次类推,直到stage s=3 做完。
算法导论上这个图,可以很好的表明这些计较之间的干系:

个中,x_u为系数。u的范畴是0-P-1,先界说一下,在这种分别下的DFT计较:

总结:
这个就是传说中的“蝶形计较”。当两个子多项式的值计较完成后,本来多项式的两个相差n/2的点的值,是两个子多项式的值的一加一减。
http://www.bealto.com/gpu-fft2_fft.html

在领略这些的前提下,看看网站给出的凭据P*Q分组计较的示意图就较量清晰:

FFT的根基道理

假如把输入点也分成两部门,每部门是n/2个,k的范畴是0~n/2,则:
在Q个DFT_P计较之后,,需要将P个计较数据“分手”到以Q为偏移的详细的位置。
可以返转头,体会体会这个公式:

这个周末有空,讲讲我对FFT的领略。利便进修零常识证明的小同伴领略这部门内容。从新讲起,零常识证明Groth16算法基于QAP问题:

整个计较算法的伪代码如下:

假如是系数暗示,多项式乘法的计较巨大度为O(n**2)。假如先转化为点值暗示,点值暗示相乘,再转化回系数暗示,计较巨大度为O(nlogn)。

个中的浸染在第二个子多项式功效上的w_n^k,称为旋转因子。整个蝶形运算可以用可视化的图形暗示如下:

2. FFT一般性计较扩展

这些单元根,存在一些性质可能定理:

因为非凡的取点的原因(w^2相当于阶低落了一半),子多项式的值也是功效多项式的一半。因为在取点分一半(刚好是子多项式的阶),又因为旋转因子正好是正负,所以存在蝶形干系。每一层的子多项式的元素翻倍。
在领略了2分的FFT的计较逻辑后,可以扩展到一般性计较。推荐别的一个网站(留意多项式标记和上文有点区别):

进一步,可以将y的每个元素的计较当作一个新的DFT_P:

算法导论清晰的给出了8阶多项式的FFT的计较进程:

零常识证明Groth16的计较中为了计较H,回收了FFT计较。FFT的蝶形运算是领略FFT计较的基本。二分环境下的计较,相对清晰,算法导论给出了具体的推导进程。P*Q的一般性计较推导,相对巨大一些。

DFTn(a)的计较回收FFT的计较,时间巨大度为O (nlogn)。道理是,将多项式解析成奇偶两部门(假设n为2的幂次,n不为2的幂次也有相应的算法,后话):

多项式不再拆解成“奇偶”两部门,而是分成P份,每份为Q个元素:

操作Groth16计较证明之前,需要计较出H。今朝,普遍回收的是FFT算法。

DFT_Q代表了有Q个元素,x[u]代表了Q个元素序列,每个元素序列跨度为P,P*Q=n。

8阶多项式示例
DFT,回收非凡的点,计较值。这些非凡的点,就是单元根的幂次。回收这些非凡点的环境下,系数暗示和点值暗示之间可以通过FFT(快速傅立叶调动)计较完成。时间巨大度是O(nlogn)。
进修FFT计较道理,照旧要看算法导论(Introduction-to-Algorithms)的第30章(Polynomials and the FFT)。算法导论,讲对象,来龙去脉讲的较量清楚,逻辑性较量强,也较量细致。该章节从多项式的暗示开始,多项式可以用两种暗示要领:系数暗示和点值暗示。

整个进程,可以通过Merkle树形象暗示:

n次单元根
系数暗示,对多项式加法友好,时间巨大度是O(n),可是多项式乘法不友好,回收多项式一项项的相乘,时间巨大度为 O(n**2)。点值暗示,对多项式乘法友好,时间巨大度是 O(n),可是多项式加法不友好。

假如把输入也切割成P份(就像二分环境下,将输入分成两份一样),k可以表告竣k=v+Qj,v=0..Q-1,j=0..P-1。个中,DFT_Q (x[u])记为z[u]。

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