快速幂-王祥力3班

快速幂讲解
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。

我们先从简单的例子入手:求= 几。

算法1.首先直接地来设计这个算法:

int ans = 1;

for(int i = 1;i<=b;i++)

{

ans = ans * a;

}

ans = ans % c;

这个算法的时间复杂度体现在for循环中,为O(b).这个算法存在着明显的问题,如果a和b过大,很容易就会溢出。

那么,我们先来看看第一个改进方案:在讲这个方案之前,要先有这样一个公式:

.这个公式大家在离散数学或者数论当中应该学过,不过这里为了方便大家的阅读,还是给出证明:

引理1:

上面公式为下面公式的引理,即积的取余等于取余的积的取余。

证明了以上的公式以后,我们可以先让a关于c取余,这样可以大大减少a的大小,

于是不用思考的进行了改进:

算法2:

int ans = 1;

a = a % c; //加上这一句

for(int i = 1;i<=b;i++)

{

ans = ans * a;

}

ans = ans % c;
这个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,所以,我们推出以下的快速幂算法。
其实我们就是为了求a^b%m的值,用普通算法时间复杂度为O(b),而用快速幂,时间复杂度就为O(logb)。
其实我们可以很容易的理解,比如求26=2323,25=22^4。
(1)当b是奇数时,那么就有ab=aa(b-1)。
(2)当b是偶数时,那么就有ab=a(b/2)a^(b/2)。
我们用代码表示如下:
typedef long long ll;
ll fun(ll a,ll b,ll c)
{
if(b0)
return 1;
else if(b&1)//此处还可以用b%21
return afun(a,b-1,c)%c;
else
{
ll num=fun(a,b/2,c)%c;
return numnum%c;
}}
b&1是按位与,将10进制的b转化成2进制的表达式来判断b的末尾是否为1,因此当b为奇数时b&1返回1,if条件成立,这样执行更快。
+,-一般用2个cpu时钟
位运算只要1个
/要40个。
什么是cpu时钟?通常为节拍脉冲或T周期,它是处理操作的最基本的单位。
这里不做过多讲解,如果你感兴趣可以百度了解一下。

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