数论-唯一分解定理

本文深入探讨了唯一分解定理,展示了如何利用该定理进行正整数的素数分解,并通过一个实例问题,讲解了如何在算法中应用这一数学原理,以解决寻找具有共同因子的数的问题。

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1.唯一分解定理。这是一个很神奇的定理,具体是这样描述的:任何一个正整数可以被分解成若干个素数的乘积。数学符号的表示就是:a=(p1^k1)*(p2^k2)*....(pm^km),其中p1,p2,..pm是素数,k1,k2...km是正整数。需要说明的是,这种分解的形式的唯一的。

2.唯一分解的实现:前边我们提到了如何再线性时间内进行素数打表,这里就用处很大了。我们可以用处理出来的素数来分解这个整数。代码实现如下:

//唯一分解定理
ll fac[100][2], fac_;
//当x=0,1会异常,

void getfac(ll x)
{
	fac_ = 0;
	for (ll i = 0; prime[i] <= x / prime[i]; i++)
	{
		if (x%prime[i] == 0)
		{
			fac[fac_][0] = prime[i];
			fac[fac_][1] = 0;
			while (x%prime[i] == 0)
			{
				fac[fac_][1]++;
				x /= prime[i];
			}
			fac_++;
		}
	}
	if (x != 1)
	{
		fac[fac_][0] = x;
		fac[fac_][1] = 1;
		fac_++;
	}
}

这里面的prime数组就是上边我们处理出来的素数,fac是一个二维的数组,第一维表示这个素数,第二维表示指数。代码很好看懂。就不再具体的解释了。

3.看一个具体的例子:题目链接。题目的意思其实很简单,就是给你一组数x1,x2,x3....xn让你找出来尽可能多的数,让他们的gcd大于1.我们分析以下这个问题:k个数的gcd大于1,说明他们有公共的因子,根据唯一分解定理,这k个数肯定是至少有一个公共的素因子,我们对于每个数据进行一次合数分解,每使用一个素因子就把它标记一次,最后找出被标记最多的次数即可。但是这里面有一个很大的坑,就是数据全为1的时候,应该输出1而不是0.下边是代码的实现:

#include<bits/stdc++.h>
#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;
#define ll long long
#pragma warning(disable:4996)
const int n = 1e5 + 10;
int prime[n], check[n + 1], phi[n];
void getP()
{
	int tot = 0;
	for (int i = 2; i <= n; i++)
	{

		if (!check[i])
		{
			prime[tot++] = i;
			phi[i] = i - 1;
		}
		for (int j = 0; j < tot; j++)
		{
			if (i*prime[j] > n)
			{
				break;
			}
			check[i*prime[j]] = 1;
			if (i%prime[j] == 0)
			{
				phi[i*prime[j]] = phi[i] * prime[j];
				break;
			}
			else
			{
				phi[i*prime[j]] = phi[i]*phi[prime[j]];
			}
		}
	}
}

//唯一分解定理
ll fac[100][2], fac_;
//当x=0,1会异常,

void getfac(ll x)
{
	fac_ = 0;
	for (ll i = 0; prime[i] <= x / prime[i]; i++)
	{
		if (x%prime[i] == 0)
		{
			fac[fac_][0] = prime[i];
			fac[fac_][1] = 0;
			while (x%prime[i] == 0)
			{
				fac[fac_][1]++;
				x /= prime[i];
			}
			fac_++;
		}
	}
	if (x != 1)
	{
		fac[fac_][0] = x;
		fac[fac_][1] = 1;
		fac_++;
	}
}
ll a[n];
ll vis[n];
int main()
{
	getP();
	int T;
	scanf("%d", &T);
	int flag = 0;
	for (int i = 0; i < T; i++)
	{
		scanf("%d", &a[i]);
		if (a[i] != 1)
		{
			flag = 1;
		}
	}
	if (!flag)
	{
		cout << 1 << endl;
		return 0;
	}
	ll ans = 0;
	for (int i = 0; i < T; i++)
	{
		memset(fac, 0, sizeof(fac));
		getfac(a[i]);
		for (int i = 0; i < 100; i++)
		{
			if (fac[i][0] == 0)
			{
				continue;
			}
			vis[fac[i][0]]++;
		}
	}
	for (int i = 0; i < n; i++)
	{
		ans = max(ans, vis[i]);
	}
	printf("%lld\n", ans);
	return 0;
}

 

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