求组合数C(n,m) % mod的几种方法

本文介绍了三种求解组合数C(n,m)模mod的方法:利用乘法逆元,适用于mod较小的情况;应用Lucas定理结合乘法逆元,适合mod在10^5左右的素数;以及预处理配合乘法逆元,适用于mod较大的素数场景。" 77510054,732056,Python脚本批量重命名文件夹中图片,"['Python', '脚本', '文件操作']

算法一:乘法逆元,在m,n和mod比较小的情况下适用

乘法逆元:(a/b)% mod = a * b^(mod-2),mod为素数

C_{n}^{m} = \tfrac{n!}{m!*(n-m)!} = \tfrac{n*(n-1)*...*(n-m+1)}{m!} = n*(n-1)*...*(n-m+1) * (m!)^{mod-2}

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cmath>
#include<cstring>
#include<queue>
#include<stack>
#include<vector>
#define LL long long

using namespace std;

const int MOD = 9982;

LL pow(LL x)
{
	LL n = MOD-2; 
    LL res=1;
	while(n>0)
	{
	   if(n & 1)	
	   	 res=res*x%MOD;
	   x=x*x%MOD;
	   n>>=1;
	}
	return res%MOD;	
}
在编程竞赛或算法实现中,计算组合数(即 $ C(n, m) $)是一个常见的需。由于直接计算阶乘并相除容易导致数据溢出,尤其是在 C++ 等语言中,因此通常会采用模运算和逆元等技巧来优化计算过程。以下是几种适用于不同编程语言的组合数计算模板。 ### Python 实现 Python 的整数精度较高,因此可以直接使用阶乘的方式计算组合数,但这种方式在数据规模较大时效率较低。为了提高性能,可以使用模运算和预处理阶乘及逆元数组的方式。 #### 直接计算组合数(适合小规模) ```python import math def combination(n, m): return math.factorial(n) // (math.factorial(m) * math.factorial(n - m)) ``` #### 预处理阶乘和逆元(适合大规模模运算) ```python MOD = 10**9 + 7 MAX = 10**5 + 5 fact = [1] * MAX inv_fact = [1] * MAX # 预处理阶乘 for i in range(1, MAX): fact[i] = fact[i - 1] * i % MOD # 快速幂逆元 def mod_pow(a, b, mod): result = 1 a %= mod while b: if b % 2: result = result * a % mod a = a * a % mod b //= 2 return result # 预处理逆元阶乘 inv_fact[MAX - 1] = mod_pow(fact[MAX - 1], MOD - 2, MOD) for i in range(MAX - 2, 0, -1): inv_fact[i] = inv_fact[i + 1] * (i + 1) % MOD def comb(n, m): if m < 0 or m > n: return 0 return fact[n] * inv_fact[m] % MOD * inv_fact[n - m] % MOD ``` ### C++ 实现 在 C++ 中,由于整数溢出问题较为严重,通常采用模运算结合逆元方法计算组合数。 #### 预处理阶乘和逆元(适合大规模模运算) ```cpp #include <bits/stdc++.h> using namespace std; const long long MOD = 1e9 + 7; const int MAX = 1e5 + 5; long long fact[MAX]; long long inv_fact[MAX]; // 快速幂逆元 long long mod_pow(long long a, long long b, long long mod) { long long res = 1; a %= mod; while (b) { if (b % 2) res = res * a % mod; a = a * a % mod; b /= 2; } return res; } void precompute() { fact[0] = 1; for (int i = 1; i < MAX; ++i) fact[i] = fact[i - 1] * i % MOD; inv_fact[MAX - 1] = mod_pow(fact[MAX - 1], MOD - 2, MOD); for (int i = MAX - 2; i >= 0; --i) inv_fact[i] = inv_fact[i + 1] * (i + 1) % MOD; } long long comb(int n, int m) { if (m < 0 || m > n) return 0; return fact[n] * inv_fact[m] % MOD * inv_fact[n - m] % MOD; } int main() { precompute(); cout << comb(100000, 50000) << endl; return 0; } ``` ### 总结 在编程竞赛中,计算组合数时应优先考虑使用模运算与逆元方法,以避免数据溢出问题[^3]。同时,预处理阶乘和逆元数组可以显著提高多次查询的效率。
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