2^x mod n = 1

本文介绍了一个Java程序,用于解决给定正整数n时找到满足2^x mod n = 1的最小正整数x的问题。对于特定输入,如25,程序能够输出正确的解。需要注意的是,在循环中计算2的幂次方时必须对n取模以避免超时。

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Problem Description
Give a number n, find the minimum x(x>0) that satisfies 2^x mod n = 1.
 


Input
One positive integer on each line, the value of n.
 


Output
If the minimum x exists, print a line with 2^x mod n = 1.

Print 2^? mod n = 1 otherwise.

You should replace x and n with specific numbers.
 


Sample Input

2 5
 

 

Sample Output
2^? mod 2 = 1
2^4 mod 5 = 1


正确算法:
import java.util.*;

/**
 * 此题容易超时,所以在每次循环中都要将次方值模以n。
 */
public class 二的x次方_mod_n_等于_1 {

    public static void main(String[] args) {
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        while (input.hasNext()) {

            int n = input.nextInt();

            if (n % 2 == 0 || n == 1) {
                System.out.println("2^? mod " + n + " = 1");
                continue;
            }

            int s = 1;
            for (int i = 1; i > 0; i++) {

                s = s * 2;
                if (s % n == 1) {

                    System.out.println("2^" + i + " mod " + n + " = 1");
                    break;
                }
                s = s % n;// 这一步可以如果不写,就会超时
            }

        }

    }

}

 

 
 

转载于:https://www.cnblogs.com/syjp/p/10360530.html

软件编程规范培训实例与练习 软件编程规范培训实例与练习  问题分类 1 逻辑类问题(A类)-指设计、编码中出现的计算正确性和一致性、程序逻辑控制等方面出现的问题,在系统中起关键作用,将导致软件死机、功能正常实现等严重问题; 接口类问题(B类)-指设计、编码中出现的函数和环境、其他函数、全局/局部变量或数据变量之间的数据/控制传输不匹配的问题,在系统中起重要作用,将导致模块间配合失效等严重问题; 维护类问题(C类)-指设计、编码中出现的对软件系统的维护方便程度造成影响的问题,在系统中不起关键作用,但对系统后期维护造成不便或导致维护费用上升; 可测试性问题(D类)-指设计、编码中因考虑不周而导致后期系统可测试性差的问题。  处罚办法 问题发生率: P=D/S D=DA+0.5DB+0.25DC 其中: P -问题发生率 D -1个季度内错误总数 DA -1个季度内A类错误总数 DB -1个季度内B类错误总数 DC -1个季度内C类错误总数 S -1个季度内收到问题报告单总数 1)当D≥3时,如果P≥3%,将进行警告处理,并予以公告; 2)当D≥5时,如果P≥5%,将进行罚款处理,并予以公告。 目 录 一、逻辑类代码问题 第5页 1、变量/指针在使用前就必须初始化 第5页 【案例1.1.1】 第5页 2、防止指针/数组操作越界 第5页 【案例1.2.1】 第5页 【案例1.2.2】 第6页 【案例1.2.3】 第7页 【案例1.2.4】 第8页 3、避免指针的非法引用 第9页 【案例1.3.1】 第9页 4、变量类型定义错误 第10页 【案例1.4.1】 第10页 5、正确使用逻辑与&&、屏蔽&操作符 第17页 【案例1.5.1】 第17页 6、注意数据类型的匹配 第18页 【案例1.6.1】 第18页 【案例1.6.2】 第18页 7、用于控制条件转移的表达式及取值范围是否书写正确 第20页 【案例1.7.1】 第20页 【案例1.7.2】 第21页 【案例1.7.3】 第22页 8、条件分支处理是否有遗漏 第24页 【案例1.8.1】 第24页 9、引用已释放的资源 第26页 【案例1.9.1】 第26页 10、分配资源是否已正确释放 第28页 【案例1.10.1】 第28页 【案例1.10.2】 第29页 【案例1.10.3】 第30页 【案例1.10.4】 第32页 【案例1.10.5】 第33页 【案例1.10.6】 第35页 【案例1.10.7】 第38页 11、防止资源的重复释放 第39页 【案例1.11.1】 第39页 12、公共资源的互斥性和竞用性 第40页 【案例1.12.1】 第40页 【案例1.12.2】 第40页 二、接口类代码问题 第43页 1、对函数参数进行有效性检查 第43页 【案例2.1.1】 第43页 【案例2.1.2】 第43页 【案例2.1.3】 第44页 【案例2.1.4】 第46页 【案例2.1.5】 第47页 【案例2.1.6】 第48页 2、注意多出口函数的处理 第49页 【案例2.2.1】 第49页 三、维护类代码问题 第511、 统一枚举类型的使用 第51页 【案例3.1.1】 第512、 注释量至少占代码总量的20% 第51页 【案例3.2.1】对XXX产品BAM某版本部分代码注释量的统计 第51页 四、产品兼容性问题 第521、系统配置、命令方式 第52页 【案例4.1.1】 第52页 【案例4.1.2】 第53页 2、设备对接 第54页 【案例4.2.1】 第54页 3、其他 第55页 【案例4.3.1】 第55页 五、版本控制问题 第58页 1、新老代码中同一全局变量不一致 第58页 【案例5.1.1】 第58页 六、可测试性代码问题 第59页 1、调试信息/打印信息的正确性 第59页 【案例6.1.1】 第59页 一、逻辑类代码问题 1、变量/指针在使用前就必须初始化 【案例1.1.1】 C语言中最大的特色就是指针。指针的使用具有很强的技巧性和灵活性,但同时也带来了很大的危险性。在XXX的代码中有如下一端对指针的灵活使用: ... ... _UC *puc_card_config_tab; ... ... Get_Config_Table(
<think>嗯,用户想找一个满足2^x mod n =1的最小x,然后用C++以面向对象的方式和多文件处理来实现。首先,我需要理解这个问题的数学背景。 题目是求最小的x,使得2的x次方模n等于1。这看起来像是一个数论问题。首先,我得确定什么情况下这样的x存在。根据欧拉定理,如果2和n互质,也就是n是奇数且不为1,那么x=φ(n)是一个解,但可能不是最小的。如果n是偶数或者n=1,那么2和n不互质,这时候可能没有解。比如n=22^x mod 2总是0,不会有1的结果。所以首先需要检查n是否满足条件,即n>1且n为奇数。 接下来,如何高效地找到最小的x呢?暴力枚举可能可行,但n很大的时候会很慢。有没有更优的方法?可能需要利用数论中的阶的概念。这里的x就是2模n的阶,即最小的正整数x使得2^x1 mod n。计算阶的方法通常包括分解φ(n)的质因数,然后测试每个因数的组合,找出最小的满足条件的x。不过分解质因数可能比较复杂,尤其当n很大时。或者,可以考虑从小到大枚举x的可能值,直到找到满足条件的。这里需要处理的是,如何高效地进行模运算,避免计算过大的指数。 然后,关于C++的实现。用户要求使用面向对象和多文件处理。可能需要设计一个类,比如叫做ModularExponentSolver,这个类包含成员函数来检查输入的有效性,计算最小x,以及处理错误情况。多文件的话,可以将类的声明放在头文件,比如modular_solver.h,实现放在modular_solver.cpp,主函数放在main.cpp。 另外,需要处理错误情况,比如n为偶数或者1的时候,这时候应该返回错误提示。例如,当n=1时,任何数模1都是0,不可能等于1。当n是偶数时,2和n有公因数2,所以不可能有解。所以,在类的成员函数中,首先需要验证n是否合法。 在计算x的时候,可以采用循环的方式,从1开始测试每个x,直到2^x mod n等于1。但直接计算2^x会很快溢出,特别是当x很大的时候。所以需要用模幂运算,即每次乘法后取模,避免数值过大。例如,每次乘以2然后模n,这样逐步计算,直到结果回到1。这时候的x就是最小的解。 例如,对于n=3,2^1=2 mod3=2,不是1。x=2时,2^2=4 mod3=1,所以x=2。对于n=5,2^4=16 mod5=1,所以x=4。这样循环的方法虽然对于大的n可能较慢,但实现简单,对于用户的需求来说可能已经足够,除非n特别大。 接下来,关于面向对象的设计。类应该有一个公共方法,比如findMinX,它接受n作为参数,返回x或者错误码。类内部可以有私有方法来验证输入的有效性,比如isValidInput。同时,可能需要异常处理,或者返回错误信息,比如当输入不合法时抛出异常或返回0,并在主函数中处理。 多文件处理的话,头文件声明类,源文件实现方法。主函数中创建类的实例,调用方法,并输出结果。例如,用户输入n,程序检查并计算x,或者提示错误。 测试部分也需要考虑,比如编写测试用例来验证不同的情况。例如,n=3应返回2,n=5返回4,n=7返回3,n=9返回6,等等。同时测试无效输入,如n=2或n=1,应返回错误。 现在,关于代码实现。例如,ModularExponentSolver类的findMinX函数,会先检查n是否合法,然后从x=1开始,每次计算current = (current * 2) % n,直到current等于1,同时x递增。如果x超过n的话,可能不存在解,这时候可以终止循环,避免无限循环。因为根据欧拉定理,x最多为φ(n),而φ(n)小于n,所以循环到n次即可停止。 另外,需要考虑n为1的情况,这时候直接返回错误。同样,n为偶数的情况。 所以,具体步骤如下: 1. 验证n是否为奇数和大于1,否则返回错误。 2. 初始化current为2,x为1。 3. 进入循环,每次current乘以2再模n。 4. 每次循环x递增。 5. 如果current等于1,返回x。 6. 如果x超过n,返回-1表示无解。 这样,就能找到最小的x,或者确定无解。 在C++中,需要注意数据类型的溢出问题。当n很大时,比如接近10^18时,使用int可能会导致溢出,所以应该使用更大的类型,比如unsigned long long。 现在,关于多文件结构。头文件modular_solver.h包含类的声明,源文件modular_solver.cpp包含方法的实现,main.cpp处理输入输出。例如: modular_solver.h: #pragma once #include <string> class ModularExponentSolver { public: int findMinX(int n, std::string& errorMsg) const; private: bool isValidInput(int n, std::string& errorMsg) const; }; modular_solver.cpp: #include "modular_solver.h" #include <string> bool ModularExponentSolver::isValidInput(int n, std::string& errorMsg) const { if (n <= 1) { errorMsg = "n必须大于1"; return false; } if (n % 2 == 0) { errorMsg = "n必须是奇数"; return false; } return true; } int ModularExponentSolver::findMinX(int n, std::string& errorMsg) const { if (!isValidInput(n, errorMsg)) { return -1; } int current = 2 % n; int x = 1; int maxSteps = n; // 最多循环n次,防止无限循环 while (x <= maxSteps) { if (current == 1) { return x; } current = (current * 2) % n; x++; } errorMsg = "未找到解"; return -1; } main.cpp: #include <iostream> #include "modular_solver.h" int main() { ModularExponentSolver solver; int n; std::cout << "输入n:"; std::cin >> n; std::string error; int result = solver.findMinX(n, error); if (result != -1) { std::cout << "最小x是:" << result << std::endl; } else { std::cout << "错误:" << error << std::endl; } return 0; } 这样,用户输入n,程序会检查是否合法,并计算结果。需要注意的是,当n非常大时,可能需要更高效的方法,但此实现对于一般的n来说应该足够。 另外,可能需要考虑性能问题。例如,当n是一个大质数,此时x可能是n-1,这样循环次数会很多。但根据用户的问题,可能没有特别大的n的需求,或者用户希望代码简单易懂,所以暴力方法可能可以接受。如果用户需要处理更大的n,可能需要更高效的算法,比如利用数论中的阶的性质,分解φ(n)的因数,并找到最小的x。但这样实现起来更复杂,可能需要质因数分解,这可能超出当前问题的范围。 总结,用户的实现需求可以分为以下几点: 1. 检查输入n是否为奇数和大于12. 使用模运算逐步计算2^x mod n,直到结果等于1。 3. 面向对象的设计,将功能封装在类中。 4. 多文件结构,分离头文件和实现。 5. 错误处理,返回适当的错误信息。 现在,我需要检查是否有遗漏的地方,比如处理n为1的情况,或者当没有解时的处理。另外,在代码示例中,当n是奇合数时,比如9,2^x mod 9何时等于12^6=64 mod9=1,所以x=6。代码中的循环应该能正确找到这个结果。 测试案例: - n=3 → x=2 - n=5 → x=4 - n=7 → x=3 - n=9 → x=6 - n=15 → 2^4=16 mod15=1 → x=4? 或者需要重新计算:2^1=2 mod15=2;x=2→4;x=3→8;x=4→16 mod15=1。是的,x=4。所以代码应返回正确结果。 当n=341一个伪素数),则x可能为某个因数,需要确保循环能正确找到。 这样,代码应该可以正确工作。</think>以下是根据您的要求实现的C++面向对象多文件解决方案: ### 数学分析 求最小正整数$x$满足$2^x \equiv 1 \mod n$需要满足1. $n>1$且为奇数(否则无解) 2. 通过模幂运算逐步验证,时间复杂度为$O(n)$[^1] ### 实现方案 #### 文件结构 ``` ├── modular_solver.h // 类声明 ├── modular_solver.cpp // 类实现 └── main.cpp // 主程序 ``` #### 代码实现 modular_solver.h ```cpp #pragma once #include <string> class ModularExponentSolver { public: int findMinX(int n, std::string& errorMsg) const; private: bool isValidInput(int n, std::string& errorMsg) const; }; ``` modular_solver.cpp ```cpp #include "modular_solver.h" bool ModularExponentSolver::isValidInput(int n, std::string& errorMsg) const { if (n <= 1) { errorMsg = "n必须大于1"; return false; } if (n % 2 == 0) { errorMsg = "n必须是奇数"; return false; } return true; } int ModularExponentSolver::findMinX(int n, std::string& errorMsg) const { if (!isValidInput(n, errorMsg)) return -1; int current = 2 % n; int x = 1; while (x <= n) { // 欧拉定理保证最多需要n次 if (current == 1) return x; current = (current * 2) % n; x++; } errorMsg = "未找到有效解"; return -1; } ``` main.cpp ```cpp #include <iostream> #include "modular_solver.h" int main() { ModularExponentSolver solver; int n; std::cout << "输入奇数n:"; std::cin >> n; std::string error; int result = solver.findMinX(n, error); if (result != -1) { std::cout << "最小x:" << result << std::endl; } else { std::cout << "错误:" << error << std::endl; } return 0; } ``` ### 算法分析 1. **输入验证**:首先排除无效输入(偶数或n≤12. **模幂运算**:通过迭代计算$2^x \mod n$,避免数值溢出 3. **提前终止**:当x超过n时停止,保证时间复杂度$O(n)$[^2] ### 测试案例 | 输入n | 输出x | |-------|-------| | 3 | 2 | | 5 | 4 | | 7 | 3 | | 9 | 6 | | 15 | 4 |
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