快速幂求余算法

快速幂求余算法

为了防止在快速幂乘中导致溢出，我们往往需要对计算结果取余，下面介绍快速幂算法过程以及如何防止溢出。

公式：$a^b$ $mod$  $c$

原始代码：

res = 1;
for(int i=1; i <= b; i++){
	res = res*a;
}
res = res % c;

改进一：

前提： $a^b$ $mod$  $c$ = $（amodc{）}^b$ $mod$  $c$

为了防止 $a$ 过大，我们可以按照上述的公式对代码进行如下的改进：

res = 1;
a = a % c  //对a取余
for(int i=1; i <= b; i++){
	res = res*a;
}
res = res % c;

改进二：

由于某个因子取余之后相乘再取余保持余数不变，那么新算得的res也可以进行取余，这样就避免了在计算过程中出现溢出的情况。

res = 1;
a = a % c  //对a取余
for(int i=1; i <= b; i++){
	res = (res * a) % c; //对每一次的计算结果进行取余
}
res = res % c;

改进三：

到现在为止上述代码的时间复杂度仍然为 $O(b)$ ，下面我们对代码的时间复杂度进行改进。我们将 $b$ 的情形分为两种,如下：

$$res=\{\begin{array}{ll}(a^2{)}^{\frac{b}{2}}& ，b为偶数\\ a\cdot (a^2{)}^{\frac{b-1}{2}}& ，b为奇数\end{array}$$

则改进的代码如下：

res = 1;
a = a % c  //对a取余
k = (a*a) % c; //令 K = a^2
if(b%2 == 1){
	res = (res * a) mod c;  //如果是奇数，要多求一步，可以提前算到res中
}
for(int i=1; i <= b/2; i++){
	res = (res * k) % c; //对每一次的计算结果进行取余
}
res = res % c;

改进四：

我们虽然对该算法的时间复杂度做了改进，现在的时间复杂度为 $O(b/2)$，但是当 $b$ 足够大时，这种写法仍然不是有效的，因此我们可以对上述代码的 for 循环进行改进。

方法就是，上述代码当第一次 for 循环时计算的是 $a^2$ ，第二次 for 循环时计算的是 $a^4$，之后为 $a^6$、$a^8$ 、$a^{2k}$…… (k=1,2…… b/2 )

我们可以使用迭代的方式来替换，如$a^2$ 、$a^4$、 $a^8$、$a^{2^n}$……

改进代码如下：

res = 1;
a = a % c; 
while(b > 0){
	if (b%2 ==1 ) res = (res*a) mod c;
	a = (a*a) mod c;
	b = b/2;
}
return res;

通过以上的改进，我们的时间复杂度变为了 ${\log }_{2}b$，以上就是快速幂求余算法。

最后

以上就是知性人生为你收集整理的快速幂求余算法的全部内容，希望文章能够帮你解决快速幂求余算法所遇到的程序开发问题。

如果觉得靠谱客网站的内容还不错，欢迎将靠谱客网站推荐给程序员好友。