【中国剩余定理】C语言实现

该C语言代码实现了求解一次同余方程组的功能,用户输入方程个数及每个方程的余数和模数,程序通过计算返回方程组的根。代码中包含了一个求逆元的辅助函数,并提供了测试用例。注意,方程个数不超过100,且涉及的整数不宜过大,避免溢出或计算时间过长。

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1、C语言代码

代码说明:用于解(一次)同余方程组的C语言代码。一次同余方程组的定义:(图源自百度百科):
在这里插入图片描述

使用方法:
(1)编译运行;

(2)第一行输入1个整数,代表方程组中的方程个数r

(3)其余r行,每行输入2个整数,分别代表每个方程组的余数模数

(4)回车,输出方程组的

使用注意事项:
(1)方程的余数和模数必须为整型,不能是大整数(上百位)(若为大整数,为了在有限的时间内完成相关计算,需使用快速模幂等算法加以优化)

(2)方程个数必须小于等于100(由数组定义),否则会导致数组下标溢出。

#include <stdio.h>

int reverse(int k, int m);  // 函数,返回k模m的逆元

int main()
{
	int i;
	int r;       // 方程组中的方程个数 (不能超过100)
	int b[100];  // 余数数组
	int m[100];  // 模数数组
	int mul = 1;
	int M[100];  // M数组
	int M1[100];  // M'数组
	int x = 0;  // 方程组的根
	
//	printf("%d", reverse(3, 7));  // 一行测试代码
	
	scanf_s("%d", &r);  // 选用安全的输入函数,避免可能的栈溢出(攻击)
	for(i = 0;i < r;i ++)
	{
		scanf("%d %d", &b[i], &m[i]);
		mul *= m[i];
	}
	
	for(i = 0;i < r;i ++)
	{
		M[i] = mul / m[i];
	}
	
	for(i = 0;i < r;i ++)
	{
		M1[i] = reverse(M[i], m[i]);
	}
	
	for(i = 0;i < r;i ++)
	{
		x += M1[i] * M[i] * b[i];
	}
	
	x %= mul;
	
	printf("%d", x);
	
	return 0;
}

int reverse(int k, int m)
{
	int i;
	for(int i = 1;i < m;i ++)
	{
		if(k * i % m == 1)
		{
			return i;
		}
	}
	return -1;
}

2、测试用例

(古文版)今有物不知其数,四四数之剩一,九九数之剩二,十一十一数之剩三,问物几何?
(数学版)x = 1 mod 4; x = 2 mod 9; x = 3 mod 11. 求x
在这里插入图片描述

#include #include using namespace std; typedef int LL; typedef pair PLL; LL inv(LL t, LL p) {//求t关于p的逆元 if (t >= p) t = t%p; return t == 1 ? 1 : (p - p / t) * inv(p % t, p) % p; } LL gcd(LL a, LL b){ return b == 0 ? a : gcd(b, a%b); } PLL linear(LL A[], LL B[], LL M[], int n) {//求解A[i]x = B[i] (mod M[i]),总共n个线性方程组 LL x = 0, m = 1; for (int i = 0; i < n; i++) { LL a = A[i] * m, b = B[i] - A[i] * x, d =gcd(M[i], a); if (b % d != 0) return PLL(0, -1);//答案不存在,返回-1 LL t = b / d * inv(a / d, M[i] / d) % (M[i] / d); x = x + m*t; m *= M[i] / d; } x = (x % m + m) % m; return PLL(x, m);//返回的x就是答案,m是最后的lcm值 } int main() { int n; scanf_s("%d", &n); LL a[2017], b[2017], m[2017]; for (int i = 0; i<n; i++) { scanf_s("%d%d%d", &a[i], &b[i], &m[i]); } PLL pa = linear(a, b, m, n); printf("%lld\n", pa.first); } 设计思路: 有这样一道算术题:“今有物不知其数,三三数之剩二,五五数之剩三,七七数之剩二,问物几何?” 解这题,先构造一个答案 5*7*inv(5*7, 3) % 3 = 1 3*7*inv(3*7, 5) % 5 = 1 3*5*inv(3*5, 7) % 7 = 1 然后两边同乘你需要的数 2 * 5*7*inv(5*7, 3) % 3 = 2 3 * 3*7*inv(3*7, 5) % 5 = 3 2 * 3*5*inv(3*5, 7) % 7 = 2 令 a = 2 * 5*7*inv(5*7, 3) b = 3 * 3*7*inv(3*7, 5) c = 2 * 3*5*inv(3*5, 7) 那么 a % 3 = 2 b % 5 = 3 c % 7 = 2 其实答案就是a+b+c 因为 a%5 = a%7 = 0 因为a是5的倍数,也是7的倍数 b%3 = b%7 = 0 因为b是3的倍数,也是7的倍数 c%3 = c%5 = 0 因为c是3的倍数,也是5的倍数 所以 (a + b + c) % 3 = (a % 3) + (b % 3) + (c % 3) = 2 + 0 + 0 = 2 (a + b + c) % 5 = (a % 5) + (b % 5) + (c % 5) = 0 + 3 + 0 = 3 (a + b + c) % 7 = (a % 7) + (b % 7) + (c % 7) = 0 + 0 + 2 = 2 答案a+b+c完全满足题意 但是答案,不只一个,有无穷个,每相隔105就是一个答案(105 = 3 * 5 * 7) a=2*5*7*2=140 b=3*3*7*1=63 c=2*3*5*1=30 140+63+30=233 2335 = 23 如果题目问你最小的那个答案,那就是23了。 当 1*x=2(%3) 1*x=3(%5) 1*x=2(%7) 输入: 3 1 2 3 1 3 5 1 2 7 输出: 23
中国剩余定理是一种用于解决同余方程组的经典数学算法,在 C 语言中可以将其转化为程序来求解线性同余方程组。 ### 简介 中国剩余定理的核心思想是:如果给定了若干个两两互质的模数 \(m_1, m_2, ..., m_k\) 和对应的余数 \(a_1, a_2, ..., a_k\),则存在唯一的整数 \(x \mod M\) 满足所有同余式。其中,\(M = m_1 * m_2 * ... * m_k\)。 #### 实现步骤: 1. **计算总模数**:首先将所有的模数相乘得到 \(M = m_1 * m_2 * ... * m_n\); 2. **分解因子并求逆元**:对于每个模数 \(m_i\),我们先计算其对应的部分积 \(Mi = M / mi\),然后找到该部分积对当前模数的逆元 \(yi\) (即满足 \(Mi*yi ≡ 1 (mod\ mi)\) 的值)。这一步通常通过扩展欧几里得算法完成。 3. **组合结果**:最终的结果 \(x\) 可表示为加权和的形式: $$ x = (\sum_{i=1}^{n}(ai*Mi*yi)) \% M $$ 以下是基于上述思路的一个简单C语言实现示例: ```c #include <stdio.h> // 扩展欧几里得函数 int exgcd(int a, int b, int *x, int *y){ if(b ==0 ){ *x = 1; *y = 0; return a; } int d = exgcd(b,a%b,x,y); int temp=*x; *x = *y; *y =temp-(a/b)*(*y); return d; } // 寻找逆元 int mod_reverse(int n,int p){ //p must be prime number in general cases. int x,y; int gcd_val=exgcd(n,p,&x,&y); if(gcd_val !=1 )return -1;// not exist while(x<0)x+=p; // make sure it's positive return x%p; } void CRT(int r[],int m[],int size) { long long res=0,M=1,tmp; for(int i=0;i<size;i++) { M *= m[i]; } for(int i=0;i<size;i++){ tmp=M/m[i]; res +=r[i]*tmp*(mod_reverse(tmp,m[i])); res %=M ; } printf("最小非负整数值:%lld\n",res); } ``` 这个例子展示了如何应用CRT,并给出了完整的代码框架以便于进一步理解。
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