c++逆元运算

对除法来说,无法直接进行取模运算,所以此时要用到逆元运算。

若a*x=1(mod p),其中gcd(a,p)=1,即a,p互质,则称x为a关于p的逆元,或者a,x关于p互为逆元。称a的逆元为inv(a),这样就将除法取模运算 (a/b)%p 转换成

(a*inv(b))%p=(a%p*inv(b)%p)%p。

方法一:根据费马小定理(快速幂)

ll inv(ll a, ll mod)// mod 必须是一个质数
{  
    ll ret = 1, temp = mod - 2;// ret为 a关于 mod的逆元
    while (temp)
    {
        if (temp & 1)
            ret = (ret * a) % mod;
        a = (a * a) % mod;
        temp >>= 1;
    }
    return ret;
}

方法二:

 这个方法不限于求单个逆元,比上一个好,它可以在O(n)的复杂度内算出n个数的逆元。

注意:a要小于mod,传参前最好先把a%mod一下

ll inv(ll a, ll mod)
{
    // 返回的值就是 a关于 mod的逆元
    return a == 1 ? a : (mod - mod / a) * inv(mod % a, mod) % mod;
}

 参考文档求逆元的方法及模板 - Frank__Chen - 博客园 (cnblogs.com)

 初学者,见解不足,如有错误请指出

### C++ 求模逆元的实现方法 #### 方法一:费马小定理法 如果模数 \( p \) 是一个质数,则可以利用费马小定理来求解逆元。根据该理论,对于任意整数 \( a \),满足条件 \( (a^{p-1} \equiv 1 \ (\text{mod}\ p))\) 的情况下,\( a^{-1} \equiv a^{p-2} \ (\text{mod}\ p)\)[^2]。 以下是基于此原理的代码示例: ```cpp #include <iostream> using namespace std; typedef long long ll; // 快速幂函数 ll fast_pow(ll base, ll exp, ll mod) { ll result = 1; while(exp > 0){ if(exp & 1) result = (result * base) % mod; exp >>= 1; base = (base * base) % mod; } return result; } int main(){ ios::sync_with_stdio(false); cin.tie(NULL); ll num, prime_mod; cin >> num >> prime_mod; // 输入数值num以及素数prime_mod if(__gcd(num, prime_mod) != 1){ cout << "-1"; // 如果不互质则无逆元 return 0; } cout << fast_pow(num, prime_mod - 2, prime_mod); // 输出结果 } ``` 上述代码通过快速幂运算实现了费马小定理中的指数部分计算。 --- #### 方法二:扩展欧几里得算法 另一种常用的方法是使用扩展欧几里得算法求解线性同余方程 \( ax + py = 1 \) 中的未知量 \( x \) 和 \( y \) 。其中,当且仅当 \( gcd(a, p) = 1 \) (即 \( a \) 和 \( p \) 互质),存在唯一解使得 \( x \% p \) 即为所求逆元[^3]。 下面是具体实现代码: ```cpp #include <bits/stdc++.h> using namespace std; // 扩展欧几里德算法 void extended_gcd(int a, int b, int& d, int& x, int& y){ if(!b){ d = a; x = 1; y = 0; } else{ extended_gcd(b, a % b, d, y, x); y -= x * (a / b); } } int modular_inverse(int a, int m){ int d, x, y; extended_gcd(a, m, d, x, y); if(d != 1) return -1; // 若d!=1表示不存在逆元 else return ((x % m) + m) % m; // 返回正数形式的结果 } int main(){ int a, m; cin >> a >> m; int inv = modular_inverse(a, m); if(inv == -1) cout << "No inverse exists."; else cout << "The modular inverse is: " << inv; } ``` 这段程序定义了一个 `extended_gcd` 函数用于执行扩展欧几里得算法,并借助它完成对给定参数下是否存在并找出其乘法逆元的任务。 --- #### 总结说明 两种主要方式各有优劣,在实际应用过程中需视具体情况而定。若已知模数必然是质数可优先考虑效率更高的前者;反之后者更为通用但也稍显复杂一些[^4]。
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