ACM数论之旅6---数论倒数,又称逆元(我整个人都倒了( ̄﹏ ̄))

2019-04-14 16:32发布

  数论倒数,又称逆元(因为我说习惯逆元了,下面我都说逆元) 数论中的倒数是有特别的意义滴 你以为a的倒数在数论中还是1/a吗 (・∀・)哼哼~天真   先来引入求余概念   (a +  b) % p = (a%p +  b%p) %p  (对) (a  -  b) % p = (a%p  -  b%p) %p  (对) (a  *  b) % p = (a%p *  b%p) %p  (对) (a  /  b) % p = (a%p  /  b%p) %p  (错)   为什么除法错的 证明是对的难,证明错的只要举一个反例 (100/50)%20 = 2       ≠      (100%20) / (50%20) %20 = 0   对于一些题目,我们必须在中间过程中进行求余,否则数字太大,电脑存不下,那如果这个算式中出现除法,我们是不是对这个算式就无法计算了呢? 答案当然是 NO (>o<)   这时就需要逆元了   我们知道 如果 a*x = 1 那么x是a的倒数,x = 1/a 但是a如果不是1,那么x就是小数 那数论中,大部分情况都有求余,所以现在问题变了 a*x  = 1 (mod p) 那么x一定等于1/a吗 不一定 所以这时候,我们就把x看成a的倒数,只不过加了一个求余条件,所以x叫做    a关于p的逆元   比如2 * 3 % 5 = 1,那么3就是2关于5的逆元,或者说2和3关于5互为逆元 这里3的效果是不是跟1/2的效果一样,所以才叫数论倒数   a的逆元,我们用inv(a)来表示   那么(a  /  b) % p = (a * inv(a) ) % p = (a % p * inv(a) % p) % p 这样就把除法,完全转换为乘法了 (。・ω・),乘法超容易

正篇开始   逆元怎么求 (忘了说,a和p互质,a才有关于p的逆元)   方法一:   费马曾经说过:不想当数学家的数学家不是好数学家(( ̄▽ ̄)~*我随便说的,别当真) 费马小定理 a^(p-1) ≡1 (mod p) 两边同除以a a^(p-2) ≡1/a (mod p) 什么(,,• ₃ •,,),这可是数论,还敢写1/a 应该写a^(p-2) ≡ inv(a) (mod p)   所以inv(a) = a^(p-2) (mod p) 这个用快速幂求一下,复杂度O(logn)(ง •̀_•́)ง  LL pow_mod(LL a, LL b, LL p){//a的b次方求余p LL ret = 1; while(b){ if(b & 1) ret = (ret * a) % p; a = (a * a) % p; b >>= 1; } return ret; } LL Fermat(LL a, LL p){//费马求a关于b的逆元 return pow_mod(a, p-2, p); }   方法二:   要用扩展欧几里德算法 还记得扩展欧几里德吗?(不记得的话,欧几里得会伤心的(╭ ̄3 ̄)╭♡)   a*x + b*y = 1 如果ab互质,有解   这个解的x就是a关于b的逆元 y就是b关于a的逆元 为什么呢?   你看,两边同时求余b   a*x % b + b*y % b = 1 % b a*x % b = 1 % b a*x = 1 (mod b)   你看你看,出现了!!!(/≥▽≤/) 所以x是a关于b的逆元 反之可证明y   附上代码: #include typedef long long LL; void ex_gcd(LL a, LL b, LL &x, LL &y, LL &d){ if (!b) {d = a, x = 1, y = 0;} else{ ex_gcd(b, a % b, y, x, d); y -= x * (a / b); } } LL inv(LL t, LL p){//如果不存在,返回-1 LL d, x, y; ex_gcd(t, p, x, y, d); return d == 1 ? (x % p + p) % p : -1; } int main(){ LL a, p; while(~scanf("%lld%lld", &a, &p)){ printf("%lld ", inv(a, p)); } }   方法三: 当p是个质数的时候有
inv(a) = (p - p / a) * inv(p % a) % p

这为啥是对的咩? 证明不想看的孩子可以跳过。。。( ̄0  ̄) 证明:
设x = p % a,y = p / a
于是有 x + y * a = p
(x + y * a) % p = 0
移项得 x % p = (-y) * a % p
x * inv(a) % p = (-y) % p
inv(a) = (p - y) * inv(x) % p
于是 inv(a) = (p - p / a) * inv(p % a) % p

然后一直递归到1为止,因为1的逆元就是1   代码: #include typedef long long LL; LL inv(LL t, LL p) {//求t关于p的逆元,注意:t要小于p,最好传参前先把t%p一下 return t == 1 ? 1 : (p - p / t) * inv(p % t, p) % p; } int main(){ LL a, p; while(~scanf("%lld%lld", &a, &p)){ printf("%lld ", inv(a%p, p)); } }   这个方法不限于求单个逆元,比前两个好,它可以在O(n)的复杂度内算出n个数的逆元 递归就是上面的写法,加一个记忆性递归,就可以了 递推这么写 #include const int N = 200000 + 5; const int MOD = (int)1e9 + 7; int inv[N]; int init(){ inv[1] = 1; for(int i = 2; i < N; i ++){ inv[i] = (MOD - MOD / i) * 1ll * inv[MOD % i] % MOD; } } int main(){ init(); } 转载地址:http://www.cnblogs.com/linyujun/p/5194184.html