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  • 4.18 省选模拟赛 无聊的计算器 CRT EXBSGS EXLucas

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    算是一道很毒瘤的题目 考试的时候码+调了3h才搞定。

    op==1 显然是快速幂。

    op==2 有些点可以使用BSGS 不过后面的点是EXBSGS.

    这个以前学过了 考试的时候还是懵逼。(当时还是看着花姐姐的题解学的

    为了起到再次复习的作用 我决定 再推导一遍。

    对于高次同余方程 (a^xequiv b(mod p)) 朴素的BSGS利用是欧拉定理的应用解决的。此时要求(a,p)=1.

    考虑解决(a,p)>1的情况 容易发现我们进行一些操作 使得他们互质就可以继续使用EXBSGS了。

    当b%p==1时显然x取0 但是当b%p!=1时x有解必然取的时正整数 原式可以变成 (a^{x-1}cdot a+kp=b)

    容易发现 当(a,p)|b 等式才有整数解。

    当出现上述情况的时候 容易把式子变为 (a^{x-1}cdot frac{a}{(a,p)}equiv frac{b}{(a,p)}(mod frac{p}{(a,p)}))

    可以发现两个式子求解出x后时等价的。

    然后如果x和p'还不互质继续下去。直至互质然后解EXBSGS即可。

    最后要加回来一直递归下去的次数 可以发现最多递归log层。

    值得注意的是再递归的时候如果发现了某一部(a,p)不整除b了 那么还是无解的注意判断。

    最后 关于求逆 不是质数了 注意使用exgcd.

    op==3.

    裸的EXLucas了 也写过很多遍了。值得一提的是 提前预处理跑的是真的快。

    const ll MAXN=200010;
    ll Q;
    ll op,a,b,p,xx,yy;
    map<ll,ll>H;
    ll y[MAXN],w[MAXN],jc[MAXN],f[MAXN],inv[MAXN],ans[MAXN];
    ll flag;
    inline void fj(ll x)
    {
    	flag=0;
    	for(ll i=2;i*i<=x;++i)
    	{
    		if(x%i==0)
    		{
    			y[++flag]=i;w[flag]=1;
    			while(x%i==0)
    			{	
    				x/=i;
    				w[flag]*=i;
    			}
    		}
    	}
    	if(x>1)y[++flag]=x,w[flag]=x;
    }
    inline ll ksm(ll b,ll p,ll mod)
    {
    	ll cnt=1;
    	while(p)
    	{
    		if(p&1)cnt=cnt*b%mod;
    		b=b*b%mod;p=p>>1;
    	}
    	return cnt;
    }
    inline ll gcd(ll a,ll b){return b?gcd(b,a%b):a;}
    inline void exgcd(ll a,ll b)
    {
    	if(!b){xx=1;yy=0;return;}
    	exgcd(b,a%b);
    	ll zz=xx;xx=yy;yy=zz-a/b*yy;
    }
    inline ll INV(ll a,ll mod)
    {
    	exgcd(a,mod);
    	return (xx%mod+mod)%mod;
    }
    inline ll BSGS(ll a,ll b,ll mod)//a^x=b(% mod)
    {
    	a%=mod;b%=mod;
    	if(b==1)return 0;
    	H.clear();
    	ll m=(ll)sqrt(mod*1.0)+1;
    	ll w1=1;H[b]=0;
    	rep(1,m,i)
    	{
    		w1=w1*a%mod;
    		ll cc=w1*b%mod;
    		H[cc]=max(H[cc],i);
    	}
    	ll cc=1;
    	rep(1,m,i)
    	{
    		cc=cc*w1%mod;
    		if(H.find(cc)!=H.end())
    			return i*m-H[cc];
    	}
    	return -1;
    }
    inline ll exBSGS()
    {
    	a%=p;b%=p;
    	if(b==1)return 0;
    	ll k=0;
    	ll wp=p,w1=1,g;
    	while((g=gcd(a,wp))>1)
    	{
    		if(b%g)return -1;
    		++k;w1=a/g;b=b/g;wp=wp/g;
    		b=b*INV(w1,wp)%p;
    		if(b==1)return k;
    	}
    	ll ans=BSGS(a,b,wp);
    	return ans<0?ans:ans+k;
    }
    inline ll C(ll a,ll b,ll mod)
    {
    	return ((jc[a]*inv[b]%mod)*(inv[a-b]))%mod;
    }
    inline void prepare(ll mod)
    {
    	jc[0]=1;
    	for(ll i=1;i<mod;++i)jc[i]=jc[i-1]*i%mod;
    	inv[mod-1]=ksm(jc[mod-1],mod-2,mod);
    	for(ll i=mod-2;i>=0;--i)inv[i]=inv[i+1]*(i+1)%mod;
    }
    inline ll Lucas(ll a,ll b,ll mod)
    {
    	if(a<b)return 0;
    	if(a<=mod)return C(a,b,mod);
    	return (Lucas(a%mod,b%mod,mod)*Lucas(a/mod,b/mod,mod))%mod;
    }
    inline ll lc(ll x,ll p,ll pp)
    {
    	if(x<=p)return f[x];
    	ll ww=x/pp;
    	return ksm(f[pp],ww,pp)*f[x%pp]%pp*lc(x/p,p,pp)%pp;
    }
    inline ll js(ll x,ll xx,ll xxx,ll mod)
    {
    	ll w=1;
    	ll cnt=0;
    	while(x>w)
    	{
    		w=w*mod;
    		cnt+=x/w;
    		cnt-=xx/w;
    		cnt-=xxx/w;
    	}
    	return cnt;
    }
    inline void ycl(ll p,ll pp)
    {
    	f[0]=1;
    	rep(1,pp,i)if(i%p)f[i]=f[i-1]*i%pp;
    	else f[i]=f[i-1];
    }
    inline ll solve(ll a,ll b,ll p,ll pp)
    {
    	ll k=js(a,b,a-b,p);
    	ll ans1,ans2,ans3;
    	ans1=lc(a,p,pp);
    	ans2=lc(b,p,pp);
    	ans3=lc(a-b,p,pp);
    	ans2=INV(ans2,pp);
    	ans3=INV(ans3,pp);
    	ans1=((((ans1*ans2%pp)*ans3)%pp)*ksm(p,k,pp))%pp;
    	return ans1;
    }
    inline ll merge()
    {
    	ll an=0;
    	for(ll i=1;i<=flag;++i)
    	{
    		ll M=p/w[i];
    		ll ww=INV(M,w[i]);
    		an=(an+((M*ww%p)*ans[i])%p)%p;
    	}
    	return an;
    }
    signed main()
    {
    	//freopen("1.in","r",stdin);
    	freopen("calculator.in","r",stdin);
    	freopen("calculator.out","w",stdout);
    	get(Q);
    	rep(1,Q,i)
    	{
    		get(op);get(a);get(b);get(p);
    		if(op==1)putl(ksm(a,b,p));
    		if(op==2)
    		{
    			fj(p);ll ww;
    			if(flag==1&&y[1]==w[1])ww=BSGS(a,b,p);
    			else ww=exBSGS();
    			if(ww<0)puts("Math Error");
    			else putl(ww);
    		}
    		if(op==3)
    		{
    			swap(a,b);
    			fj(p);
    			if(flag==1&&y[1]==w[1])
    			{
    				prepare(p);
    				putl(Lucas(a,b,p));
    			}
    			else
    			{
    				rep(1,flag,i)
    				{
    					ycl(y[i],w[i]);
    					ans[i]=solve(a,b,y[i],w[i]);
    				}
    				putl(merge());
    			}
    		}
    	}
    	return 0;
    }
    
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