Why does this work?
Difference between en2 and en3, changed 23 character(s)
Somehow I managed to solve [problem:901B] however I don't know why my solution works. My idea was to pick two random polynomials of degrees n and n-1 check how many steps it takes to find the gcd and return the polynomials if the answer is n. However doing the gcd over $\mathbb{Q}$ is a pain because of fractions. If you try to avoid them by multiplication by denominators things overflow pretty quickly. ↵

So I decided to pick a prime and do gcds over the finite field $F_{p}$. The strange thing is with a medium sized prime like 1009 the algorithm took more steps over this field than over $\mathbb{Q}$. Then I tried using the prime 43 just to see what would happen, since it worked on the case where 1009 gave an incorrect answer
s and it. Surprisingly using 43 worked for all the cases. Anyone know of a special relationship between the number of steps the Euclidean algorithm for polynomials takes over $\mathbb{Q}$ and $F_{p}$ for a given prime $p$?↵

<spoiler summary="code">↵
~~~~~↵
#include <bits/stdc++.h>↵
 ↵
using namespace std;↵
//polynomial division over the finite field F_p↵
vector<int> pdivFF(vector<int> p1, vector<int> p2, vector<int>& inv, int prime){↵
    auto p1ff=modify(p1,prime), p2ff=modify(p2,prime);↵
    int degp1=0, degp2=0;↵
    int sz=p1.size();↵
    for(int i=0; i<sz; i++){↵
        if(p1ff[i]) degp1=i;↵
        if(p2ff[i]) degp2=i;↵
    }↵
    int shift=degp1-degp2;↵
    if(shift>1){↵
        return vector<int>(sz,0);↵
    }↵
    auto rem=p1ff;↵
    while(shift>=0){↵
        int mult=rem[degp2+shift]*inv[p2ff[degp2]];↵
        for(int i=degp2; i>=0; i--){↵
            rem[i+shift]-=p2ff[i]*mult;↵
        }↵
        shift--;↵
    }↵
    return modify(rem, prime);↵
    ↵
}↵

//count number of steps to find the gcd over F_p↵
int stepCtFF(vector<int> p1, vector<int> p2, vector<int>& inv, int prime){↵
    int ans=0;↵
    int sz=p1.size();↵
    vector<int> noRem(sz, 0);↵
    while(p2!=noRem){↵
        auto rem=pdivFF(p1,p2, inv, prime);↵
        p1=p2;↵
        p2=rem;↵
        ans++;       ↵
    }↵
    return ans;↵
}↵
int main() {↵
    ↵
    ios_base::sync_with_stdio(0);↵
    cin.tie(0);↵
   ↵
    int n;↵
    cin>>n;↵
    ↵
    vector<int> p1(n+1,0), p2(n+1,0);↵
    p1[n]=1, p2[n-1]=1;↵
    srand(time(0));↵
    ↵
    default_random_engine gen;↵
    uniform_int_distribution<int> dist(-1,1);↵
    ↵
    //choose a prime and create the inverse table↵
    int prime=41;↵
    vector<int> inv(prime,0);↵
    for(int i=1; i<prime; i++){↵
        for(int j=1; j<prime; j++){↵
            if(i*j%prime==1) inv[i]=j, inv[j]=i;↵
        }↵
    }↵
    ↵
    //generate random polynomials until we have one that takes n steps to find the gcd over F_p↵
    while(stepCtFF(p1,p2, inv, prime)!=n){↵
        generate(p1.begin(), p1.begin()+n-1, [&dist, &gen](){return dist(gen);});↵
        generate(p2.begin(), p2.begin()+n-2, [&dist, &gen](){return dist(gen);});↵
        ↵
    }↵
    ↵
    cout<<n<<endl;↵
    for(int i:p1) cout<<i<<" ";↵
    cout<<endl<<n-1<<endl;↵
    for(int i=0; i<n; i++){↵
        cout<<p2[i]<<" ";↵
    }↵
   ↵
    ↵
    return 0;↵
}↵
~~~~~↵

</spoiler>↵

History

 
 
 
 
Revisions
 
 
  Rev. Lang. By When Δ Comment
en3 English usernameson 2017-12-22 07:34:28 23 Tiny change: 'ect answers and it worked fo' -> 'ect answer. Surprisingly using 43 worked fo' (published)
en2 English usernameson 2017-12-22 07:32:05 365
en1 English usernameson 2017-12-22 07:18:08 2767 Initial revision (saved to drafts)