【洛谷】P1226 【模板】快速幂||取模运算

本文详细介绍快速幂算法原理及其实现方式,结合取模运算规则,通过具体实例讲解如何解决大数幂运算问题。文章提供C++代码实现,帮助读者理解和掌握快速幂算法的应用。

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原题链接:https://www.luogu.org/problem/P1226

题目描述

输入b,p,k的值,求b^p mod k的值。其中b,p,k*k为长整型数。


输入输出格式

输入格式:

三个整数b,p,k.

输出格式:

输出“b^p mod k=s”

s为运算结果


输入输出样例

输入样例#1:

2 10 9
输出样例#1:

2^10 mod 9=7


说明

时空限制:1000ms 125M


思路:快速幂的模板题,同时结合取模运算。

快速幂:

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取模运算规则:

  1. (a + b) % p = (a % p + b % p) % p
  2. (a - b) % p = (a % p - b % p) % p
  3. (a * b) % p = (a % p * b % p) % p
  4. a ^ b % p = ((a % p)^b) % p

代码如下:

#include <iostream>
#include <cstdio>
using namespace std;
typedef long long ll; 
int main() 
{
	ll b,p,k;
	cin>>b>>p>>k;
	//ans表示最终运算结果,将b暂存入base,p暂存入t 
	ll ans=1,base=b,t=p;
	while(t>0){		//如果t在二进制下还未用完
		if(t&1){	//如果t在二进制下最后一位是1 
			ans=ans*base%k;	//乘上base再对k取模 
		}
		base=base*base%k;		//自乘再取模 
		t>>=1;		//二进制数右移一位 
	}
	ans%=k;		//最后来一次总的取余 
	cout<<b<<"^"<<p<<" "<<"mod"<<" "<<k<<"="<<ans<<endl;
	return 0;
}
### 洛谷 P1226 快速幂 解题思路与实现方法 #### **快速幂原理** 快速幂是一种高效的计算 $ a^b \mod p $ 的算法,其核心思想是利用指的二进制表示将复杂度降低至对级别。当 $ b $ 是偶时,$ a^b \mod p = (a^{b/2} \mod p)^2 \mod p $;而当 $ b $ 是奇时,$ a^b \mod p = ((a^{b-1} \mod p) \cdot a) \mod p $[^3]。 这种分治策略显著减少了乘法次,从而提高了效率。 #### **递归实现** 一种常见的实现方式是采用递归函来表达上述逻辑: ```cpp long long fastPower(long long base, long long exp, long long mod) { if (exp == 0) return 1 % mod; // 基础情况:任何0次方都为1 long long result = fastPower(base, exp / 2, mod); result = (result * result) % mod; if (exp % 2 != 0) { // 如果指为奇 result = (result * base) % mod; } return result; } ``` 在此代码片段中,`fastPower` 函通过递归调用来处理不同情形下的幂运算,并始终确保结果保持在模范围内[^3]。 #### **迭代实现** 除了递归外,还可以使用迭代形式完成同样的功能,这种方式通常更加节省栈空间: ```cpp long long fastPowerIterative(long long base, long long exp, long long mod) { long long result = 1; while (exp > 0) { if (exp % 2 != 0) { // 当前位为1时累乘base result = (result * base) % mod; } base = (base * base) % mod; // 更新底为其平方 exp /= 2; // 移动到下一个二进制位 } return result; } ``` 此版本通过循环逐步减少指直至零,在每次迭代中依据当前指最低有效位决定是否更新结果[^4]。 #### **样例测试** 考虑样例输入 `2 10 9` ,即解 $ 2^{10} \mod 9 $ 。应用以上任一方法均可得出正确答案7[^4]。 --- ###
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