求逆元的方法 (三种)

本文介绍了三种求逆元的方法:费马小定理、扩展欧几里得算法和线性递推。费马小定理适用于快速幂求逆,扩展欧几里得算法在ab互质时找到逆元,线性递推方法在p为质数时有效。扩展欧几里得算法在求单个逆元时最快,线性递推适合计算多个逆元。费马小定理虽然代码简洁但速度相对较慢。

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首先对逆元不太了解的 强推这篇 可爱风 的博客 (反正我jio得太TM可爱了)https://www.cnblogs.com/linyujun/p/5194184.html

注释: inv 为逆元

方法一:费马小定理

a^(p-1) ≡1 (mod p)

两边同除以a

a^(p-2) ≡1/a (mod p)

什么(,,• ₃ •,,),这可是数论,还敢写1/a

应该写a^(p-2) ≡ inv(a) (mod p)

 

所以inv(a) = a^(p-2) (mod p)

这个用快速幂求一下,复杂度O(logn)(ง •̀_•́)ง 

LL pow_mod(LL a, LL b, LL p){//a的b次方求余p 
    LL ret = 1;
    while(b){
        if(b & 1) ret = (ret * a) % p;
        a = (a * a) % p;
        b >>= 1;
    }
    return ret;
}
LL Fermat(LL a, LL p){//费马求a关于p的逆元 
        return pow_mod(a, p-2, p);
}

 

方法二:扩展欧几里德算法

a*x + b*y = 1

如果ab互质,有解

 

这个解的x就是a关于b的逆元

y就是b关于a的逆元

为什么呢?

 

### 计算数学中的逆元 #### 定义与概念 在数论中,给定两个整数 \(a\) 和 \(m\),如果存在一个整数 \(b\) 使得 \((a * b) \% m = 1\) 成立,则称 \(b\) 是 \(a\) 模 \(m\) 的乘法逆元。这意味着当 \(a\) 和 \(m\) 互质时,\(a\) 存在一个唯一的模 \(m\) 下的乘法逆元。 #### 使用 `gmpy2` 库求解逆元 Python 中可以利用第三方库 `gmpy2` 来高效地计算大整数下的乘法逆元。通过导入 `invert()` 函数可以直接调用来获取结果[^2]: ```python from gmpy2 import invert def find_inverse(x, y): try: result = invert(x, y) return f"The modular multiplicative inverse of {x} mod {y} is {result}" except ZeroDivisionError as e: return str(e) print(find_inverse(3, 7)) ``` #### 扩展欧几里得算法实现 另一种常见的方法是采用扩展欧几里得算法来寻找满足条件的最大公因数等于1的情况,从而得出对应的逆元值。此方法适用于任意正整数对之间的运算而不局限于特定范围内的数值[^4]: ```cpp // C++ implementation using Extended Euclidean Algorithm int gcdExtended(int a, int b, int &x, int &y){ if (a == 0){ x = 0; y = 1; return b; } int x1, y1; int gcd = gcdExtended(b % a, a, x1, y1); x = y1 - (b / a) * x1; y = x1; return gcd; } bool modInverse(int A, int M){ int x, y; int g = gcdExtended(A, M, x, y); // If the GCD isn't 1 then there's no solution. if(g != 1) cout << "No Solution"; else{ // Ensure positive value for modulo operation int res = (x%M + M) % M; printf("Modular Multiplicative Inverse is %d", res); } } ``` #### 幂取模快速幂算法 对于某些特殊情况,比如费马小定理适用的情形 (\(p\) 为素数),可以通过快速幂的方式简化计算过程并提高效率。具体来说就是基于公式 \(inv(a)=a^{p-2}\%p\): ```cpp #include <iostream> using namespace std; long long power(long long base,long long exp,long long MOD){ long long answer=1; while(exp>0){ if(exp&1)//if odd number answer=(answer*base)%MOD; base=(base*base)%MOD; exp>>=1;//divide by two } return answer; } void fastPowerMethod(){ const long long P=987654321LL; // example prime modulus for(int i=1;i<=10;++i){ cout<<power(i,P-2,P)<<endl; } } ```
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