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ACM--(1)快速幂算法

2023-03-25

问题:求a的b次方对c取余的值。其中a,b,c都是整数,且0<a,c<10的九次方,0<b<10的18次方。首先,我们最朴素的算法是用循环直接计算a的b次方的值,最后将其对c取模。代码如下:longlongintsum,a,b,i,c;//其中a是底数,b是指数for(i=1

问题:

求a的b次方对c取余的值。其中a,b,c都是整数,且0<a,c<10的九次方,0<b<10的18次方。

首先,我们最朴素的算法是用循环直接计算a的b次方的值,最后将其对c取模。

代码如下:

  1. long long int sum,a,b,i,c;//其中a是底数,b是指数
  2. for(i=1;i<=b;i++)
  3. {
  4. sum=sum*a;
  5. }
  6. sum%=c;

显然这个算法有很多缺陷,比如循环从i=1到i=b,它的复杂度是O(b),如果b=10的18次方,

那么它的时间复杂度是很高的。并且sum累乘的值可能会超过long long的范围。

算法设计:

取模运算的性质是:(a*b)%p=(a%p)*(b%p)%p;那么它有什么用呢?之前我们的方法是将a不断的相乘,相乘之后的结果再进行取模运算,那么现在,我们可以每做一次乘法就对p取模。这大大会优化我们的算法,但是时间复杂度却没有减少。我们仍然需要考虑这样的一个问题:

我们算2的10次方的时候,首先可以将2的10次方转换为4的5次方,然后转换为4*4的4次方,最后转换为4*16的平方,进而计算出所得结果。

那么我们通过这种方法,可以明显降低算法的时间复杂度,由O(b)变为了O(log(b));

代码实现:

  1. #include<stdio.h>
  2. int main()
  3. {
  4. int n,sum=1;//作为最后结果
  5. int t=2;//作为一个数的底数,这里以2为例
  6. int z;//z是要取模的那个数
  7. scanf("%d",&z);
  8. scanf("%d",&n);//指数
  9. while(n){
  10. if(n%2==1){
  11. sum=(sum*t)%z;/*对于每一次乘法都要进行取模运算*/
  12. }
  13. t=(t*t)%z;
  14. n=n/2;
  15. }
  16. printf("%d",sum);
  17. }

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