1308 【例1.5】高精除以高精

该博客介绍如何求解两个正整数的高精度除法问题,包括商和余数的计算。输入为300位以内的正整数,通过模拟减法规则进行除法运算,对每一位进行减法操作直到当前位小于除数。文中提供了算法分析及参考程序。

【题目描述】
       输入两个正整数,求它们的商和余数。
【输入】
       输入两个低于300位的正整数
【输出】
       输出商和余数
【输入样例】
1231312318457577687897987642324567864324567876543245671425346756786867867867
1231312318767141738178325678412414124141425346756786867867867
【输出样例】
999999999748590
179780909068307566598992807564736854549985603543237528310337
【算法分析】
       高精除以低精是对被除数的每一位(这里的“一位”包含前面的余数,以下都是如此)都除以除数,而高精除以高精则是用减法模拟除法,对被除数的每一位都减去除数,一直减到当前位置的数字(包含前面的余数)小于除数(由于每一位的数字小于10,所以对于每一位最多进行10次计算)。
【参考程序】

#include <cstdio>
#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;

int a[101], b[101], c[101], d;

void init(int a[]) {
	string s;
	cin >> s;						// 读入字符串s
	a[0] = s.length();				// 用a[0]计算字符串s的位数
	for (int i=1; i<=a[0]; i++) {
		a[i] = s[a[0]-i] - 48;		// 将数串s转换为数组a,并倒序存储 
	} 	
}

void print(int a[]) {				// 打印输出 
	if (a[0] == 0) {
		cout << 0 << endl;
		return;
	}
	for (int i=a[0]; i>=1; i--) {
		cout << a[i];
	}
	cout << endl;
	return;
} 

int compare(int a[], int b[]) {		// 比较a和b的大小关系,若a>b则为1,a<b则为-1,a=b则为0
	if (a[0] > b[0]) {
		return 1;
	} 
	if (a[0] < b[0]) {
		return -1;
	}
	for (int i=a[0]; i>=1; i--) {	// 从高位到低位比较 
		if (a[i] > b[i]) {
			return 1;
		} 
		if (a[i] < b[i]) {
			return -1;
		}
	} 
	return 0;						// 各位都相等则两数相等 
}

void numcpy(int p[], int q[], int det) {	// 复制p数组到q数组从det开始的地方 
	for (int i=1; i<=p[0]; i++) {
		q[i+det-1] = p[i];
	}
	q[0] = p[0] + det - 1;
}

void jian(int a[], int b[]) {			// 计算 a=a-b 
	int flag = compare(a, b);			// 调用比较函数判断大小 
	if (flag == 0)  {					// 相等 
		a[0] = 0;
		return;
	}
	if (flag == 1) {					// 大于 
		for (int i=1; i<=a[0]; i++) {
			if (a[i] < b[i]) {			 
				a[i+1]--;				// 若不够减,则向上借一位 
				a[i] += 10;
			}
			a[i] -= b[i];
		}
		while (a[0]>0 && a[a[0]]==0) {
			a[0]--;						// 修正a的位数 
		} 
		return; 
	}				 
}

void chugao(int a[], int b[], int c[]) {
	int tmp[101];
	c[0] = a[0] - b[0] + 1;
	for (int i=c[0]; i>0; i--) {
		memset(tmp, 0, sizeof(tmp));		// 数组清零
		numcpy(b, tmp, i);
		while (compare(a, tmp) >= 0) {
			c[i]++;
			jian(a, tmp);					// 用减法来模拟 
		} 
	}
	while (c[0]>0 && c[c[0]]==0) {
		c[0]--;
	}
	return;
}

int main() {
	memset(a, 0, sizeof(a));
	memset(b, 0, sizeof(b));
	memset(c, 0, sizeof(c));
	
	init(a);
	init(b);
	
	chugao(a,b,c);
	
	print(c);
	print(a);
	
	return 0;
}

高精法代码编写通常有不同的实现方式,下面介绍两种常见方法及对应代码: ### 暴力减法法 此方法的核心思想是不断用被数减去数,每减一次商就加1,直到被数小于数。以下是具体代码示: ```cpp #include<iostream> #include<cstdio> using namespace std; int a[20005],b[20005]; int main() { string x,y; cin>>x>>y; int s1=x.length(),s2=y.length(); for(int i=0;i<s1;i++) { a[s1-i]=x[i]-'0'; } for(int i=0;i<s2;i++) { b[s2-i]=y[i]-'0'; } if(s1<s2) { printf("0"); } else if(s1==s2&&x<y) { printf("0"); } else { int ans=0; while(s1>=s2||(a[s1]>=b[s1]&&a[s1]!=0)) { ans++; for(int i=1;i<=s1;i++) { a[i]-=b[i]; if(a[i]<0) { a[i]+=10; a[i+1]-=1; } } while(a[s1]==0&&s1>1) { s1--; } } printf("%d",ans); } return 0; } ``` 该代码首先读取两个大整数作为字符串,接着将字符串转换为整数数组存储。然后比较两个数的大小,若被数小于数则商为0。若不小于,则不断用被数减去数,每次相减后更新被数,直到被数小于数,最后输出商的值[^2]。 ### 优化算法 此方法引入了`big`函数来判断某一位置开始的一段被数是否大于等于数,然后在`div`函数中通过循环和调用`big`函数来进行法运算。以下是具体代码示: ```cpp bool big(int a[],int b[],int low,int L){ if(a[low+L]!=0) return 1; for(int i=L-1;i>=0;--i){ if(a[low+i]>b[i]) return 1; if(a[low+i]<b[i]) return 0; } return 1; } void div(int a[],int b[],int c[],int d[]){ clear(c); clear(d); int la,lb; for(la=L-1;la>0;la--){ if(a[la-1]!=0) break; } for(lb=L-1;lb>0;lb--){ if(b[lb-1]!=0) break; } if(lb==0) return; for(int i=0;i<la;i++) d[i]=a[i]; for(int i=la-lb;i>=0;i--){ while(big(d,b,i,lb)){ for(int j=0;j<lb;j++){ d[i+j]-=b[j]; if(d[i+j]<0){ d[i+j+1]-=1; d[i+j]+=10; } } c[i]++; } } } ``` 在这段代码中,`big`函数用于比较从`low`位置开始长度为`L`的被数部分和数的大小。`div`函数则是核心的法运算函数,首先清商数组`c`和余数数组`d`,然后确定被数和数的有效长度,接着将被数复制到余数数组`d`中,最后通过循环和`big`函数进行多次减法操作,每成功减一次就在商数组`c`的相应位置加1 [^1]。
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