POJ——3070Fibonacci(矩阵快速幂)

本文介绍了一种使用矩阵快速幂算法高效计算斐波那契数列第n项最后四位数字的方法。通过矩阵乘法和快速幂运算,避免了直接递归带来的大量重复计算,显著提高了计算效率。

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Fibonacci
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Description

In the Fibonacci integer sequence, F0 = 0, F1 = 1, and Fn = Fn − 1 + Fn − 2 for n ≥ 2. For example, the first ten terms of the Fibonacci sequence are:

0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, …

An alternative formula for the Fibonacci sequence is

.

Given an integer n, your goal is to compute the last 4 digits of Fn.

Input

The input test file will contain multiple test cases. Each test case consists of a single line containing n (where 0 ≤ n ≤ 1,000,000,000). The end-of-file is denoted by a single line containing the number −1.

Output

For each test case, print the last four digits of Fn. If the last four digits of Fn are all zeros, print ‘0’; otherwise, omit any leading zeros (i.e., print Fn mod 10000).

Sample Input

0
9
999999999
1000000000
-1

Sample Output

0
34
626
6875

Hint

As a reminder, matrix multiplication is associative, and the product of two 2 × 2 matrices is given by

.

Also, note that raising any 2 × 2 matrix to the 0th power gives the identity matrix:

.

 

看了很多关于矩阵快速幂的题解,感觉矩阵快速幂得到的是一个含有多个项的矩阵,而答案只是其中一项,而且之还需要特判指数。入门的矩阵快速幂题。感受一下再写其它的题目。拿这题为例。题目中给出的项从0开始,F0=0,F1=1,F2=1,F3=2。。就是一个斐波那契的数列。由于用矩阵,那至少要两项来组成矩阵,根据他的递推公式。可以得到[Fn,Fn-1]=[1*Fn-1+1*Fn-2,1*Fn-1+0*Fn-2]

代码:

#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<cstdlib>
#include<sstream>
#include<cstring>
#include<cstdio>
#include<string>
#include<deque>
#include<stack>
#include<cmath>
#include<queue>
#include<set>
#include<map>
using namespace std;
typedef long long LL;
#define INF 0x3f3f3f3f
struct mat 
{
	LL m[2][2];
	mat(){memset(m,0,sizeof(m));}
};
mat cheng(mat a,mat b)
{
	mat c;
	for (int i=0 ;i<2; i++)
	{
		for (int j=0; j<2; j++)
		{
			for (int k=0; k<2; k++)
			{
				c.m[i][j]+=(a.m[i][k]*b.m[k][j])%10000;
			}			
		}
	}
	return c;
}
mat zxc(mat a,LL b)
{
	mat c;
	c.m[0][0]=c.m[1][1]=1;
	while (b!=0)
	{
		if(b&1)
			c=cheng(c,a);
		a=cheng(a,a);
		b>>=1;
	}
	return c;
}
int main(void)
{
	LL n;
	while (cin>>n&&n!=-1)
	{
		mat one;
		if(n==0)
		{
			cout<<0<<endl;
			continue;
		}
		else if(n==1)
		{
			cout<<1<<endl;
			continue;
		}
		one.m[0][0]=one.m[1][0]=one.m[0][1]=1;
		one=zxc(one,n-1);		
		cout<<one.m[0][0]%10000<<endl;;
	}
	return 0;
}

  

 

### 关于POJ 1995问题的快速幂C++实现 对于POJ 1995问题,其核心在于通过矩阵快速幂算法高效解决大规模数据下的指数运算。以下是基于引用材料中的相关内容构建的一个完整的解决方案。 #### 矩阵快速幂的核心逻辑 矩阵快速幂是一种高效的计算方式,在处理线性递推关系时尤为有效。例如斐波那契数列可以通过构造特定的转移矩阵来加速计算[^4]。具体来说,给定一个初始状态向量和一个转移矩阵,经过若干次幂运算后可获得目标状态。 以下是一个通用的矩阵快速幂模板: ```cpp #include <iostream> using namespace std; const int N = 2; // 定义矩阵大小 struct Matrix { long long m[N][N]; }; // 矩阵乘法函数 Matrix multiply(const Matrix& a, const Matrix& b) { Matrix c; for (int i = 0; i < N; ++i) { for (int j = 0; j < N; ++j) { c.m[i][j] = 0; for (int k = 0; k < N; ++k) { c.m[i][j] += a.m[i][k] * b.m[k][j]; c.m[i][j] %= 10000; // 取模操作 } } } return c; } // 快速幂函数 Matrix fastPower(Matrix base, long long exp) { Matrix result; for (int i = 0; i < N; ++i) { for (int j = 0; j < N; ++j) { result.m[i][j] = (i == j); } } while (exp > 0) { if (exp % 2 == 1) { result = multiply(result, base); } base = multiply(base, base); exp /= 2; } return result; } int main() { long long n; cin >> n; // 初始化转移矩阵 Matrix trans; trans.m[0][0] = 0; trans.m[0][1] = 1; trans.m[1][0] = 1; trans.m[1][1] = 1; // 计算结果矩阵 if (n == 0 || n == 1) { cout << 1 << endl; } else { Matrix res = fastPower(trans, n - 1); // 初始状态向量 long long fib_prev = 1; long long fib_curr = 1; // 输出结果 cout << (res.m[0][0] * fib_prev + res.m[0][1] * fib_curr) % 10000 << endl; } return 0; } ``` 此代码实现了针对斐波那契数列的大规模项求解功能,并采用了取模`%10000`的操作以满足题目需求。其中的关键部分包括矩阵乘法、快速幂以及状态转移的设计[^3]。 #### 特殊注意点 在实际提交过程中需要注意以下几个方面: - **大数组定义**:如果涉及更大的矩阵或者更复杂的动态规划表,则需特别留意内存分配的位置及其范围限制[^2]。 - **时间复杂度控制**:尽管快速幂本身具有较低的时间复杂度O(log n),但在极端情况下仍需验证是否存在进一步优化空间。 - **边界条件处理**:如输入为较小数值时直接返回已知答案而非进入循环计算流程。
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