快速幂取模_C++

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快速幂

先讨论无需取模的

  当b为偶数时:ab=a(b/2)*2=(a2)b/2

  当b为奇数时:ab=a*ab-1=a*(a2)(b-1)/2

  如 28=(22)4 27=2*(22)3

  所以,我们可以如此迭代下去

  210=(22)5=(22)*[(22)2]2

   ① ② ③

  指数为10 是一个偶数,则底数2平方,指数变为一半 [ ①→② ]

  指数为5 是一个奇数,则先将底数提出作为系数(22),此时指数为4 是一个偶数,则底数22再平方,指数再变为一半 [ ②→③ ]

  归纳总结得到:

   当指数大于1时,若为 偶数 则将指数除以2,底数平方

        若为 奇数 则先提出一个为底数的系数(可直接把该系数乘进ans中),
所以指数减1,然后再按照 偶数 的办法做

  不断迭代下去,当指数为1时,则直接得出答案

  最后只要将每次相乘时取模即可,时间复杂度O(log2b)

inline int mi(int a,int b)
{
    int ans=1;
    a%=mo;
    while (b)
    {
        if (b&1) ans=ans*a%mo;
        b>>=1;
        a=a*a%mo;
    }
    return ans;
}
### C++快速幂算法的实现 快速幂是一种高效的计算 $a^b \mod c$ 的方法,在处理大整数幂运算时非常有用。以下是基于提供的引用内容以及专业知识对该算法的详细介绍。 #### 基本原理 快速幂的核心思想在于通过分治策略减少乘法次数,利用二进制分解指数的方式逐步缩小问题规[^1]。具体来说,当计算 $a^n$ 时,可以通过递归或迭代方式将其拆解为更小的部分: - 如果 $n$ 是偶数,则有 $a^n = (a^{n/2})^2$ - 如果 $n$ 是奇数,则有 $a^n = a \cdot a^{n-1}$ 在此基础上引入操作 $\mod c$ ,可以有效防止中间结果溢出并提高效率。 #### 迭代版本代码示例 下面展示了一个典型的迭代版快速幂函数: ```cpp long long quick_pow_mod(long long base, long long exp, long long mod) { long long result = 1; base %= mod; // 防止base大于mod的情况 while(exp > 0){ if(exp & 1){ // 判断exp是否为奇数 result = (result * base) % mod; } base = (base * base) % mod; // 平方底数 exp >>= 1; // 将指数右移一位(相当于除以2) } return result; } ``` 此段代码中每一步都将当前的结果与新的平方后的基数相乘,并及时对结果进行操作来保持数值范围可控[^5]^。 #### 递归版本代码示例 除了迭代写法外,也可以采用递归来实现同样的功能: ```cpp #include <bits/stdc++.h> using namespace std; typedef long long ll; ll recursive_quick_pow_mod(ll x,ll n,ll m){ if(n==0)return 1%m;//任何数的零次幂都是1,但是要考虑到m可能等于1的情况 ll half_res=recursive_quick_pow_mod((x*x)%m,n>>1,m); if(n&1)return ((half_res)*x)%m; else return half_res; } int main(){ ll b,p,k; cin >> b >> p >> k; cout << b << "^" << p << " mod " <<k<< "=" << recursive_quick_pow_mod(b,p,k)<<endl; return 0; } ``` 上述程序定义了一个名为 `recursive_quick_pow_mod` 的递归函数用于执行快速幂运算[^4]。 #### 时间复杂度分析 无论是迭代还是递归形式,由于每次都会将指数减半,因此整个算法的时间复杂度仅为 O($\log_2{n}$)[^4] 。这使得它非常适合用来解决大规数据下的幂运算问题。 ---
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