打包的快速幂函数:
流行版:
数过大时,可将int型换long long型。
int mod_exp(int a, int b, int c) //快速幂取余a^b%c
{
int res, t;
res = 1 % c;
t = a % c;
while (b)
{
if (b & 1)//b的二进制和1的二进制进行位的按位与运算,其实等价于if(b%2==1)起到判断奇偶的功能,但计算机的位运算比较快。
{
res = res * t % c;
}
t = t * t % c;
b >>= 1;//即b=b>>1 b的二进制数右移一位赋值给b,右移时高位空缺补零。类比十进制数100右移相当于100/10=10;b>>1 等价于b/2;但计算机的位运算比较快。
}
return res;
}
推理版:
int PowerMod(int a, int b, int c)//快速幂取余a^b%c
{
int ans = 1;
a = a % c;
while(b>0)
{
if(b % 2 = = 1)
ans = (ans * a) %
b = b/2;
a = (a * a) % c;
}
return ans;
}
总结:本算法的时间复杂度为O(logb),能在几乎所有的程序设计(竞赛)过程中通过,是目前最常用的算法之一。
知识背景:
离散数学中余数知识点:
1.(a+b)%m == (a%m+b%m)%m
2. a*b%c=((a%c)*b)%c
3. ab%c=(a%c)b%c(ab :a的b次方)
简介:
所谓的快速幂,实际上是快速幂取模的缩写,简单的说,就是快速的求一个幂式的模(余)。在程序设计过程中,经常要去求一些大数对于某个数的余数,为了得到更快、计算范围更大的算法,产生了快速幂取模算法。
推理过程:
算法一:
直接设计算法——计算ab%c
//直接算出a^b的结果
int ans = 1;
for(int i = 1;i<=b;i++)
{
ans = ans * a;
}
ans = ans % c;
算法二:
定理:a∗b%c=(a%c)∗b%c
引理:ab%c = (a%c)b%c
积的取余等于取余的积的取余。可以先让a关于c取余,这样可以大大减少a的大小。
int ans = 1;
a = a % c; //加上这一句,先对a取余
for(int i = 1;i<=b;i++)
{
ans = ans * a;
}
ans = ans % c;
算法三:
既然某个因子取余之后相乘再取余保持余数不变,那么新算得的ans也可以进行取余。
int ans = 1;
a = a % c; //加上这一句,先对a取余
for(int i = 1;i<=b;i++)
{
ans = (ans * a) % c;//这里再取了一次余【改进】
}
ans = ans % c;
算法一二三的总结:
算法在时间复杂度上没有改进,仍为O(b),不过已经好很多的,但是在c过大的条件下,还是很有可能超时。
算法四:
int ans = 1;
a = a % c;
if(b%2==1)
ans = (ans * a) mod c; //如果是奇数,要多求一步,可以提前算到ans中
k = (a*a) % c; //我们取a^2而不是a
for(int i = 1;i<=b/2;i++)
{
ans = (ans * k) % c;
}
ans = ans % c;
总结:时间复杂度变成了O(b/2)。
算法五:
当令k = (a * a) mod c时,状态已经发生了变化,所要求的最终结果即为(k)b/2 mod c而不是原来的ab mod c,这个过程是可以迭代下去的。
对于奇数的情形会多出一项a mod c,所以为了完成迭代,当b是奇数时,我们通过ans = (ans * a) % c;来弥补多出来的这一项,此时剩余的部分就可以进行迭代了。
形如上式的迭代下去后,当b=0时,所有的因子都已经相乘,算法结束。于是便可以在O(log b)的时间内完成了。
int ans = 1;
a = a % c;
while(b>0)
{
if(b % 2 == 1)
{
ans = (ans * a) % c;
}
b = b/2;
a = (a * a) % c;
}
版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌侵权/违法违规的内容, 请发送邮件至 举报,一经查实,本站将立刻删除。
文章由极客之音整理,本文链接:https://www.bmabk.com/index.php/post/103355.html