矩阵 快速幂取模算法

2019-04-13 21:45发布

快速幂顾名思义,就是快速算某个数的多少次幂。其时间复杂度为 O(log₂N), 与朴素的O(N)相比效率有了极大的提高。 以下以求a的b次方来介绍 把b转换成二进制。 该二进制数第i位的权为 例如   
11的二进制是1011 11 = 2³×1 + 2²×0 + 2¹×1 + 2º×1 因此,我们将a¹¹转化为算 ------百度百科 例子:计算A23,23用二进制展开(10111): 23 = 1 * 24 + 0 * 23 + 1 * 22 + 1 * 21 + 1 * 20, 迭代从低位开始,第k位为0,即不操作;第k位为1,base *2k-1int fun(int a,int b) { int r=1,base=a; while(b!=0) { if(b&1) //判断当前数的奇偶 r*=base; base*=base; b>>=1; //右移 } return r; } 快速幂取模算法基础在于模运算的基本性质:  (a*b)%m = ( (a%m) * (b%m) ) %m
int fun(int a,int b,int m) { int r=1,base=a; while(b!=0) { if(b&1) //判断当前数的奇偶 r=r*base%m; base=base*base%m; b>>=1; } return r; } 矩阵的快速幂是用来高效地计算矩阵的高次方的。将朴素的o(n)的时间复杂度,降到log(n)。 这里先对原理(主要运用了矩阵乘法的结合律): 一般一个矩阵的n次方,我们会通过连乘n-1次来得到它的n次幂。 但做下简单的改进就能减少连乘的次数,方法如下: 把n个矩阵进行两两分组,比如:A*A*A*A*A*A  =>  (A*A)*(A*A)*(A*A) 这样变的好处是,你只需要计算一次A*A,然后将结果(A*A)连乘自己两次就能得到A^6,即(A*A)^3=A^6。算一下发现这次一共乘了3次,少于原来的5次。 矩阵的快速幂问题,和一般数的快速幂基本一样(二进制位按权值展开),下面举个例子进行说明: 现在要求A^156,而156(10)=10011100(2)  也就有A^156=>(A^4)*(A^8)*(A^16)*(A^128)  考虑到因子间的联系,我们从二进制10011100中的最右端开始计算到最左端。 下面以hdu 1575为例: A为一个方阵,则Tr A表示A的迹(就是主对角线上各项的和),现要求Tr(A^k)%9973。
//矩阵快速幂 任何矩阵乘以单位矩阵,其值不改变。 #include #include #include const int N=10,Mod=9973; struct Matrix { int m[N][N]; }; int n; Matrix Mul(Matrix a,Matrix b) //矩阵乘法 { Matrix c; memset(c.m,0,sizeof(c.m)); for(int i=0;i>=1; a = Mul(a,a); } return res; } int main() { int t,k,sum; scanf("%d",&t); Matrix a; while (t--) { sum=0; scanf("%d%d",&n,&k); for (int i=0; i