POJ2891 Strange Way to Express Integers(解多元线性同余方程)(中国剩余定理非互质版)(例题)

本文介绍了一种利用扩展欧几里得算法解决多元线性同余方程的方法,该方法适用于模数不互质的情况。通过具体实例演示了如何从一系列整数对(ai, ri)中找到满足特定条件的最小非负整数m。

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Elina is reading a book written by Rujia Liu, which introduces a strange way to express non-negative integers. The way is described as following:

Choose k different positive integers a1a2…, ak. For some non-negative m, divide it by every ai (1 ≤ i ≤ k) to find the remainder ri. If a1a2, …, ak are properly chosen, m can be determined, then the pairs (airi) can be used to express m.

“It is easy to calculate the pairs from m, ” said Elina. “But how can I find m from the pairs?”

Since Elina is new to programming, this problem is too difficult for her. Can you help her?

Input

The input contains multiple test cases. Each test cases consists of some lines.

  • Line 1: Contains the integer k.
  • Lines 2 ~ k + 1: Each contains a pair of integers airi (1 ≤ i ≤ k).

Output

Output the non-negative integer m on a separate line for each test case. If there are multiple possible values, output the smallest one. If there are no possible values, output -1.

Sample Input
2
8 7
11 9
Sample Output

31


题目大意:

选择a1,a2....ak,对于某个整数m分别对ai求余对应整数ri,现在已知a1,a2,....ak,以及整数对(ai,ri),求非负整数m的值,若有多个m,输出最小的一个。

解题思路:
容易列出方程 m % ai = ri,可以转化为同余方程 m ≡ ri (mod ai),接着套用求解多元线性同余方程的模版即可。

#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<cmath>
using namespace std;
typedef long long ll;
void ex_gcd(ll a,ll b,ll&d,ll&x,ll&y)
{
    if(!b)
    {
        x=1,y=0,d=a;
    }
    else
    {
        ex_gcd(b,a%b,d,y,x);
        y=y-(a/b)*x;
    }


}
int main()
{
    ll n,a1,a2,r1,r2;
    ll a,b,c,d,x0,y0;
    int flag;
    while(~scanf("%lld",&n))
    {
        flag=0;
        scanf("%lld%lld",&a1,&r1);
        for(int i=1;i<n;i++)
        {
            scanf("%lld%lld",&a2,&r2);
            a=a1,b=a2,c=r2-r1;
            ex_gcd(a,b,d,x0,y0);
            if(c%d!=0)
                flag=1;
            int t=b/d;
            x0=(x0*(c/d)%t+t)%t;
            r1=x0*a1+r1;
            a1=a1*(a2/d);
        }
        if(flag)
            printf("-1\n");
        else printf("%lld\n",r1);
    }
    return 0;
}

中国剩余定理非互质版

    中国剩余定理求解同余方程要求模数两两互质,在非互质的时候其实也可以计算,这里采用的是合并方程的思想。下面是详细推导。



### POJ2891 Strange Way to Express Integers 的算法析 此问题的核心在于通过扩展中国剩余定理决一组模线性同余方程组。当模数不一定两两互质时,可以通过逐步合并的方式决问题。 #### 扩展中国剩余定理的应用 对于两个同余方程 \( N \equiv r_1 \ (\text{mod} \ m_1) \) 和 \( N \equiv r_2 \ (\text{mod} \ m_2) \),我们需要找到满足这两个条件的最小负整数。设 \( d = \gcd(m_1, m_2) \),则存在整数的前提是 \( (r_2 - r_1) \% d == 0 \)[^4]。如果该条件成立,则可通过扩展欧几里得算法求出特并进一步计算通。 具体步骤如下: 1. **初始化参数** 设初始状态为 \( M = m_1 \) 和 \( R = r_1 \)。 2. **逐对处理每一对模数和余数** 对于当前的状态 \( M \) 和 \( R \),以及新的模数 \( m_i \) 和余数 \( r_i \),我们尝试将其合并成一个新的同余关系: \[ xM + ym_i = r_i - R \] 如果 \( (r_i - R) \% gcd(M, m_i) != 0 \),说明无;否则继续下一步。 3. **利用扩展欧几里得算法求系数** 使用扩展欧几里得算法求上述不定方程的一组特 \( x_0 \) 和 \( y_0 \)。然后调整这些系数使得最终的结果落在有效范围内。 4. **更新全局变量** 更新后的模数为 \( lcm(M, m_i) \),而对应的余数则是新算出来的值加上原来的偏移量。 5. **重复直到完成所有输入数据** 最后得到的 \( R \) 即为目标答案。 以下是基于 Python 实现的一个本: ```python from math import gcd def ex_gcd(a, b): """扩展欧几里得算法""" if b == 0: return a, 1, 0 g, x, y = ex_gcd(b, a % b) return g, y, x - (a // b) * y def solve(): k = int(input()) mods = [] rems = [] for _ in range(k): mi, ri = map(int, input().split()) mods.append(mi) rems.append(ri) M = mods[0] R = rems[0] for i in range(1, len(mods)): Mi = mods[i] Ri = rems[i] g, p, q = ex_gcd(M, Mi) if (Ri - R) % g != 0: print(-1) # No solution exists. return tmp = ((Ri - R) // g) * p % (Mi // g) R += M * tmp M *= Mi // g while R < 0: R += M print(R % M) if __name__ == "__main__": T = int(input()) # Number of test cases results = [] for t in range(T): solve() ``` 以上程序实现了扩展中国剩余定理的方法,并能够正确处理多组测试样例的情况。 --- ####
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