洛谷[NOIP2003 普及组] 麦森数

题目描述

形如 2 P − 1 2^{P}-1 2P1 的素数称为麦森数,这时 P P P 一定也是个素数。但反过来不一定,即如果 P P P 是个素数, 2 P − 1 2^{P}-1 2P1 不一定也是素数。到 1998 年底,人们已找到了 37 个麦森数。最大的一个是 P = 3021377 P=3021377 P=3021377,它有 909526 位。麦森数有许多重要应用,它与完全数密切相关。

任务:输入 P ( 1000 < P < 3100000 ) P(1000<P<3100000) P(1000<P<3100000),计算 2 P − 1 2^{P}-1 2P1 的位数和最后 500 500 500 位数字(用十进制高精度数表示)

输入格式

文件中只包含一个整数 P ( 1000 < P < 3100000 ) P(1000<P<3100000) P(1000<P<3100000)

输出格式

第一行:十进制高精度数 2 P − 1 2^{P}-1 2P1 的位数。

2 ∼ 11 2\sim 11 211 行:十进制高精度数 2 P − 1 2^{P}-1 2P1 的最后 500 500 500 位数字。(每行输出 50 50 50 位,共输出 10 10 10 行,不足 500 500 500 位时高位补 0 0 0

不必验证 2 P − 1 2^{P}-1 2P1 P P P 是否为素数。

样例 #1

样例输入 #1

1279

样例输出 #1

386
00000000000000000000000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000000000000000000000
00000000000000104079321946643990819252403273640855
38615262247266704805319112350403608059673360298012
23944173232418484242161395428100779138356624832346
49081399066056773207629241295093892203457731833496
61583550472959420547689811211693677147548478866962
50138443826029173234888531116082853841658502825560
46662248318909188018470682222031405210266984354887
32958028878050869736186900714720710555703168729087

提示

【题目来源】

NOIP 2003 普及组第四题

分析

  • 如何求2p-1的位数,首先,2p-1不会影响2p的位数,那么问题就是如何求2p的位数,先观察一下10p的位数为p+1,我们能不能把2p转换为10p的格式,进一步简化问题,根据高中所学知识,2显然等于10log102,那么就等于求(10log102)p的位数,位数为p*log102+1。
  • 问题只需要求后500位数字,可以限制高精度乘法只求后500位,这样能节约时间,避免P太大造成tle。

代码

#include<iostream>
#include<cmath>
using namespace std;
typedef long long ll;
int a[1010], res[1010];
void mul_1() {//高精度
	int temp[1010];
	memset(temp, 0, sizeof temp);
	for (int i = 0; i < 500; i++)
		for (int j = 0; j < 500; j++)
			temp[i + j] += res[i] * a[j];
	int t = 0;
	for (int i = 0; i < 500; i++) {
		temp[i] += t;
		res[i] = temp[i] % 10;
		t = temp[i] / 10;
	}
}
void mul_2() {
	int temp[1010];
	memset(temp, 0, sizeof temp);
	for (int i = 0; i < 500; i++)
		for (int j = 0; j < 500; j++)
			temp[i + j] += a[i] * a[j];
	int t = 0;
	for (int i = 0; i < 500; i++) {
		temp[i] += t;
		a[i] = temp[i] % 10;
		t = temp[i] / 10;
	}
}
void quickmi(ll p) {//快速幂
	res[0] = 1;
	a[0] = 2;
	while (p) {
		if (p & 1)mul_1();
		mul_2();
		p >>= 1;
	}
}
int main() {
	ll p;
	cin >> p;
	quickmi(p);
	cout << (int)(p * log10(2) + 1);
	res[0]--;
	for (int i = 499; i >=0; i--) {
		if ((i+1) % 50 == 0)puts("");
		printf("%d", res[i]);
	}
}
### NOIP 2003 普及组 P1045 麦森 编程解法 #### 背景介绍 麦森是指形如 \( M_p = 2^p - 1 \) 的,其中 \( p \) 是素。当 \( M_p \) 自身也是素时,则称为梅森素。本题的核心在于高效计算大整幂次运算的结果并提取特定部分。 题目要求输出满足条件的大整的位以及最后500位字。由于涉及高精度计算,标准据类型的存储能力不足以完成此任务,因此需要借助字符串或其他方式模拟大整运算。 --- #### 解决方案概述 为了实现这一目标,可以采用如下方法: 1. **快速幂算法** 使用快速幂算法来加速指运算过程。通过分治策略减少乘法次,从而降低时间复杂度至 \( O(\log n) \)[^1]。 2. **高精度加减乘除支持** Python 中可以直接利用内置 `int` 类型处理任意长度整;而在 C++ 或其他语言中则需自行编写高精度模块或者调用第三方库。 3. **优化输出格式** 对于最终结果,先统计其总位(可通过取对实现),再截取出末尾指定量的字符作为答案的一部分。 以下是基于上述思路的具体代码实现示例: ```python def fast_power(base, exp, mod=None): result = 1 while exp > 0: if exp % 2 == 1: result *= base if mod is not None: result %= mod base *= base if mod is not None: base %= mod exp //= 2 return result def solve_mersenne(p): # 计算M_p=2^p-1 mersenne_number_str = str(fast_power(2, p) - 1) # 获取位 digit_count = len(mersenne_number_str) # 提取最后500位 last_500_digits = mersenne_number_str[-500:].rjust(500, '0') return digit_count, last_500_digits # 输入样例测试 if __name__ == "__main__": p = int(input()) # 用户输入质P digits, tail = solve_mersenne(p) print(digits) print(tail[:50]) # 输出前50个字符供验证 ``` 以上程序片段展示了如何运用Python自带功能轻松应对此类挑战。注意实际竞赛环境中可能不允许使用某些高级特性,所以还需熟悉底层机制以便必要时刻手动构建相应工具函。 --- #### 性能考量 尽管现代计算机能够迅速执行这些操作,但在极端情况下仍可能存在性能瓶颈。为此可考虑进一步改进措施比如引入多线程技术分割工作负载或是探索更高效的值表示形式等等。 ---
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