福州DAY6 演算法詳解 快速冪

2021-08-15 13:51:50 字數 1831 閱讀 9991

今天是我在福州集訓的第六天,在今天,我學習了貪心和分治這兩種思想。我當然收貨了很多。但最令我受益的吧吧吧——就是快速冪了!要知道快速冪在2023年初賽中也是考到了!!也可見其的重要性!!

在學習快速冪之前,我們要知道一下問題:

q:快速冪是什麼?

a:快速冪是一種專門計算a^b%p的一種演算法,對於這種操作,快速冪是最好的。當然我們還會在下面具體解釋。

q:雖然快速冪很好用,但我們也要知道他在什麼地方用。如果連什麼時候用都不知道~那麼就算快速冪再厲害神仙也就不了你了呀~~

a:對於快速冪,我們一般在a^b%p中當b極大是使用。在b極大的時候普通的數是可以用暴力寫的,但是複雜度卻為o(b),當b極大是tle的可能性還是很大的。如果高精度的話,作取模運算未免又太麻煩了。所以一些偉大的大佬們就創造出了一種神奇的演算法——it  means快速冪!他不僅**實現容易,而且時間複雜度優秀,為log級的,即使很大的數也能用非常快的時間做掉。

對於快速冪,我們有兩種實現的方法,一種是非遞迴演算法,另一種就是遞迴演算法(講了跟沒講似的。),那麼我們接下就會一一介紹。

兩種方法的例題都是a^b%p,求結果。(我們的約定:b在long long範圍內)(看到這資料有沒有絕望~~用暴力也會超時吧!但是我們用快速冪就能非常非常輕鬆的通過。)

一、非遞迴方法

我們首先可以將b轉化為乙個二進位制數,記x為當前二進位制位下的值(這樣講可能會有點抽象,接下來會具體說),在另記乙個數s為當前的值。演算法就是當遍歷到當前b二進位制位為1時,就s=s*x%p(注,mod p千萬不能忘,包括之前,為了保險可以再每部都mod 乙個p。當然不用模的時候千萬不能模,不然答案有可能是錯誤的。)

每次遍歷一次就將x=x*x一次(這裡不用判斷,而且是不能判斷當前位是否為1,因為x的值是跟當前的二進位制位是沒關係的)

接下來給乙個例子:

例如:2^8%10

那麼我們就按照剛剛的方法來模擬:

8二進位制展開後為1 0 0 0

x初值為a,即x=2;

s初值為1,即s=1;

①開始時遍歷到0,s不變,x=x*x%p=4;

②第二次遍歷到0,s不變,x=x*x%p=6

③第三次遍歷到0,s不變,x=x*x%p=6

④第四次遍歷到1,s=s*x%x=6,x=x*x%p=6;

遍歷完畢,結束。

因為這裡涉及到幼兒園奧數中的同餘問題,這裡就不詳細介紹了。

那麼這時可能會有人懷疑最後的結果到底對不對??那麼我們就用暴力演算法對拍一下。

暴力演算法為:2*2*2*2*2*2*2*2=256;

256 mod 10為6.

誒很驚喜!答案居然對了呢!

這就說明這方法是可行的。

那麼接下來就是**實現:

long longx=a,s=1;//初值(注意!這裡必須要long long 當p巨大時int是會炸的)

while (b!=0)//b還沒遍歷完+-86*86-+

emmmmmmmmmmm,這**也太短了吧~~應該是可以理解的!

二、遞迴法(二分法)

對於這種操作,我們就要從二分的角度去想。這使我們想到了冪的一種性質:a^x+y=a^x*a^y;那麼我們就很容易想到:我們可以將b拆分成b/2與b/2(對於偶數而言,對於奇數的話就在額外乘乙個a)。

如果我們將這個二分函式稱為f的話,就有以下公式:

b為偶數:f(a,b/2,p);

b為奇數:a*f(a,b/2,p);

那麼有了公式後,**實現就很容易了,**如下:

int f(int a,int b,int p)

reurn res;

}

那麼這就是快速冪的兩種方法,應該是好理解的吧~

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