資料結構筆記 快速冪演算法

2021-09-12 04:06:50 字數 1934 閱讀 4165

快速冪的目的就是做到快速求冪,假設我們要求a^b,按照樸素演算法就是把a連乘b次,時間複雜度是o(b)為o(n)級別,快速冪能做到o(logn)

原理如下:

假設我們要求a^b,那麼其實b是可以拆成二進位制的,該二進位制數第i位的權為2^(i-1),例如當b==11時  a11=a(2^0+2^1+2^3)

11的二進位制是1011,11 = 2³×1 + 2²×0 + 2¹×1 + 2º×1,因此,我們將a¹¹轉化為算 a^2^0*a^2^1*a^2^3,也就是

由於是二進位制,很自然地想到用位運算這個強大的工具:&和》    

>>&運算通常用於二進位製取位操作,例如乙個數 & 1 的結果就是取二進位制的最末位。還可以判斷奇偶x&1==0為偶,x&1==1為奇。

>>運算表示二進位制去掉最後一位

public double power(double base, int n) else if(n<0)else

while(exponent!=0)

return n>=0?res:(1/res);

}

以b==11為例,b=>1011,二進位制從右向左算,但乘出來的順序是 a^(2^0)*a^(2^1)*a^(2^3),是從左向右的。我們不斷的讓curr*=curr目的是累乘,以便隨時對res做出貢獻。

其中要理解curr*=curr這一步:因為 curr*curr==curr^2,下一步再乘,就是curr^2*curr^2==curr^4,然後同理  curr^4*curr^4=curr^8,由此可以做到curr-->curr^2-->curr^4-->curr^8-->curr^16-->curr^32.......指數正是 2^i ,再看上面的例子,a¹¹= a1*a2*a8,這三項就可以完美解決了,快速冪就是這樣。

另一種高效的解法,原理同快速冪差不多,如下:

class solution 

return n < 0 ? 1 / res : res;}};

矩陣快速冪也是這個道理,下面放乙個求斐波那契數列的矩陣快速冪模板

1 #include2 #include3 #include4 #include5 #include6 using namespace std;

7 const int mod = 10000;

8 const int maxn = 35;

9 int n;

10 struct matrix

17 };

18 inline void mat_mul(matrix a, matrix b, matrix &c)

27 }

28 }

29 return ;

30 }

31 inline void mat_pow(matrix &a, int z)

39 a = ans;

40 }

41 int main()

49 matrix a, b;

50 a.x = 2; a.y = 2;

51 a.mat[1][1] = 1; a.mat[1][2] = 1;

52 a.mat[2][1] = 1; a.mat[2][2] = 0;

53 b.x = 2; b.y = 1;

54 b.mat[1][1] = 1; b.mat[2][1] = 1;

55 mat_pow(a, n - 1);

56 mat_mul(a, b, b);

57 cout << b.mat[1][1] << endl;

58 }

59 return 0;

60 }

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