OI模板 gcd/逆元/同余
Always remember long long!
gcd
inline int gcd(int a, int b){ return (b ? gcd(b, a%b) : a); }
exgcd
求解 ax+by=1ax + by = 1ax+by=1 的可行解。
inline void exgcd(int &x, int &y, int a, int b){
if(!b){ x = 1, y = 0; return; }
exgcd(x, y, b, a%b);
int z = x; x = y; y = z - a / b * y;
}
ax≡1( mod b)ax\equiv 1(\bmod~b)ax≡1(mod b)
对于 ax≡1( mod b)ax\equiv1(\bmod~b)ax≡1(mod b) 的形式,可以转化为 ax+by=1ax+by=1ax+by=1 进行求解,解出特解 x0x_0x0,通解即为 x0+kbx_0+kbx0+kb,最小正整数解 xminZ+=(x0 mod b+b)mod bx_{min\Bbb{Z^+}}=(x_0\bmod b+b)\mod bxminZ+=(x0modb+b)modb(其实是真正通解的简化版)。
有正整数解时的一些特殊解
有整数解时的一些特殊解
整合
裴蜀定理
ax+by=cax+by=cax+by=c (x,yx,yx,y 为正整数)成立的充要条件是 gcd(a,b)∣cgcd(a,b)|cgcd(a,b)∣c。显然
有理数取余
求解 x≡ab ( mod p)x \equiv \displaystyle\frac ab~(\bmod~p)x≡ba (mod p)。
- 两边同乘 bbb 得 bx≡a ( mod p)bx \equiv a~(\bmod~p)bx≡a (mod p)。
- 用 exgcd\texttt{exgcd}exgcd 求得一 x1x_1x1 使得 bx1≡1 ( mod p)bx_1 \equiv 1~(\bmod~p)bx1≡1 (mod p)
- 所以 b×(ax1)≡a ( mod p)b\times(ax_1) \equiv a~(\bmod~p)b×(ax1)≡a (mod p)。
- 此时 ax1 mod pax_1 \bmod pax1modp 即为答案。
- (当 b mod p=0b \bmod p = 0bmodp=0 时无解)
int getmod(int a, int b, int p){//要满足 a < p, b < p(不满足取mod)
if(b % p == 0) return -1;
int x, y; exgcd(x, y, b, p);
long long ans = a * (long long)((x + p) % p) % p;
return (int)ans;
}
逆元
费马小定理
ax≡1 ( mod p)ax\equiv1~(\bmod~p)ax≡1 (mod p) 则 x≡ap−2 ( mod p)x\equiv a^{p-2}~(\bmod~p)x≡ap−2 (mod p),快速幂求解。(仅限 ppp 为质数)
exgcd
ax≡1 ( mod p)ax\equiv1~(\bmod~p)ax≡1 (mod p) 则有整数 kkk 使得 ax+pk=1ax+pk=1ax+pk=1,exgcd 求解。(仅限 x⊥px\perp px⊥p 但这个不满足的话就没有逆元了)
int getinv(int x, int p){
int a, k;
exgcd(a, k, x, p);
return (a % p + p) % p;
}
线性递推
初始化 1−1≡1( mod p)1^{-1}\equiv1(\bmod~p)1−1≡1(mod p)。
令 p=ki+rp=ki+rp=ki+r(k=⌊pi⌋k=\lfloor\frac pi\rfloork=⌊ip⌋,r=p mod ir=p\bmod ir=pmodi ),则有:
ki+r≡0( mod p)k×r−1+i−1≡0( mod p)(两边同乘i−1×r−1)i−1≡−k×r−1( mod p)i−1≡−⌊pi⌋×(p mod i)−1( mod p)(代入)i−1≡p−⌊pi⌋×(p mod i)−1( mod p)
\begin{aligned}
ki+r&\equiv0(\bmod~p)\\
k\times r^{-1}+i^{-1}&\equiv0(\bmod~p)(两边同乘 i^{-1}\times r^{-1})\\
i^{-1}&\equiv-k\times r^{-1}(\bmod~p)\\
i^{-1}&\equiv-\lfloor\frac pi\rfloor\times (p\bmod i)^{-1}(\bmod~p)(代入)\\
i^{-1}&\equiv p-\lfloor\frac pi\rfloor\times (p\bmod i)^{-1}(\bmod~p)
\end{aligned}
ki+rk×r−1+i−1i−1i−1i−1≡0(mod p)≡0(mod p)(两边同乘i−1×r−1)≡−k×r−1(mod p)≡−⌊ip⌋×(pmodi)−1(mod p)(代入)≡p−⌊ip⌋×(pmodi)−1(mod p)
因为 p mod i<ip\bmod i<ipmodi<i,所以 (p mod i)−1(p\bmod i)^{-1}(pmodi)−1 已经算过了,可以递推。
const int N = 1e7 + 10;
int inv[N];
inline void getinv(int n, int p){
inv[1] = 1;
for(int i = 2; i <= n; ++ i)
inv[i] = p - (long long)p / i * inv[p%i] % p;
//inv[i] = (long long)(p - p / i) * inv[p%i] % p; 其实都行
return;
}
线性阶乘逆元
inv[(i−1)!]=1(i−1)!=i∗1i!=i∗inv[i!]inv[(i-1)!]=\displaystyle\frac{1}{(i-1)!}=i*\frac{1}{i!}=i*inv[i!]inv[(i−1)!]=(i−1)!1=i∗i!1=i∗inv[i!]
所以我们可以先算出 inv[n!]inv[n!]inv[n!],然后反向递推即可。