acm常识入门(给即将进队或者刚刚进队的新生)(仍在更新)

本文介绍了模意义(同余)的基本概念及其在加减乘除运算中的应用,并通过实例展示了如何利用费马小定理进行模意义下的除法运算转换为乘法运算,同时提供了快速幂算法的解释代码。

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模意义(同余)

同余为数论中的重要概念:
一个正整数m,如果两个整数a和b满足a-b能够被m整除,即(a-b)/m得到一个整数,那么就称整数a与b对模m同余。
记作: a≡b(modm)a≡b(mod m)ab(modm)或者说 a%m=ba\%m = ba%m=b
其中 %就是取模运算符
对模m同余是整数的一个等价关系。

同余有很多奇妙的性质和玩法()
首先我们约定:大写字母如A≡a(modp)A ≡ a(mod p)Aa(modp)
乘法:

若:AB = C , 则ab %p= c%p
乘法在模意义下同余仍成立;
A=k1∗p+a;A = k1 * p +a;A=k1p+a;
B=k2∗p+b;B = k2 * p +b;B=k2p+b;
C=k1∗k2∗p∗p+(a∗k2+b∗k1)∗p+a∗bC = k1*k2*p*p +(a*k2+b*k1)*p + a*bC=k1k2pp+(ak2+bk1)p+ab

加减法同理,手推即可发现仍然不影响同余
除法

在除法中要引进一个定理:
费马小定理:结论为:aP−1≡1(modP)a^{P-1} ≡ 1 (mod P)aP11(modP)
即a的p-1次方对模P意义下与1同余;
那么显然aP−2a^{P-2}aP2就可以看成模意义下的1/a;因为a∗a−1=1a*a^{-1} = 1aa1=1;
至此,引入一个方便计算a^b的算法,叫做快速幂,是一个简单实用的log2∗blog_{2}*{b}log2b 次乘法时间内就能求出来a^b的算法
这是快速幂的解释代码:https://paste.ubuntu.com/p/zJTMWytKFb/

那现在我们要计算b/a在模P意义下等于何数值,显然需要求b∗aP−2%Pb*a^{P-2}\%PbaP2%P
就能把除法成功变成乘法

这里只说明同余意义下的加减乘除。还有开根号等各种运算都能在模意义下找到解释;

累加累乘,表达式的化简

∑\sum这是累加符号
∏\prod这是累乘符号
[][][]这个在式子中出现表示的含义是方括号内容为真,这[**] = 1,否者为假,可以认为是一个真值判别符号;
∣|这个是整除符号,a|b说明b/a的结果是整数;例如:2|8 , 3|9
An=2n+3;A_n = 2n+3;An=2n+3;
那么数列A的前n项和SnS_nSn = ∑i=1ni∗2+1\sum_{i=1}^{n}i*2+1i=1ni2+1
那么n的阶乘n!=∏i=1nin! = \prod_{i=1}^nin!=i=1ni

面对一些表达式,我们看起来要枚举两个数各自从1到n,时间复杂度为n方,但是其实式子化简之后就会变得很简单:以下的n都是1e5:

1

∑i=1n∑j=1n∑k=1ni∗j∗k\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{n}\sum_{k=1}^{n} i*j*ki=1nj=1nk=1nijk
这个式子乍一看是枚举三个元素,求元素之积,只需要固定ij,思考k的变化:显然是ij+ij2+ij3,这是一个等差数列,于是我们快快乐乐地把式子变成:
∑i=1n∑j=1ni∗j∗(n+1)∗n2\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{n} i*j*\frac{(n+1)*n}{2}i=1nj=1nij2(n+1)n
一看固定i,j的变化也是等差数列,最后i也是等差数列,上面的式子继续化成:
((n+1)∗n2)3(\frac{(n+1)*n}{2})^3(2(n+1)n)3

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