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  • 几个基础且常用的数学算法

    你总害怕失去,所以你一直在失去。

    前言

    此文用于记录学习过程中常用到的函数(较高效的算法)。同时,对函数的原理进行描述,对于相关的更为细致的描述,可以参考文中的参考,写的很好,值得多看。

    求最大公因子

    1.迭代:

    # 欧几里得算法求两个数字的最大公约数
    # 迭代:
    def gcd(a, b):
        while b != 0:
            tem = a % b
            a = b
            b = tem
        return a
    

    2.递归:

    # 欧几里得算法求两个数字的最大公约数
    # 递归:
    def gcd(a, b):
        if b == 0:
            return a
        else:
            return gcd(b, a % b)
    

    扩展欧几里的算法(求逆元)

    1.迭代:

    # 扩展欧几里的算法
    def extendedGCD(a, b):
        #a*xi + b*yi = ri
        if b == 0:
            return (1, 0, a)
        #a*x1 + b*y1 = a
        x1 = 1
        y1 = 0
        #a*x2 + b*y2 = b
        x2 = 0
        y2 = 1
        while b != 0:
            q = a // b
            #ri = r(i-2) % r(i-1)
            r = a % b
            a = b
            b = r
            #xi = x(i-2) - q*x(i-1)
            x = x1 - q*x2
            x1 = x2
            x2 = x
            #yi = y(i-2) - q*y(i-1)
            y = y1 - q*y2
            y1 = y2
            y2 = y
        return(x1, y1, a)
    

    个人觉得不太好理解,可以通过下面列表计算来辅助理解:
    定理:

    公式:

    列表记录计算过程:

    i xi yi qi ri
    -2 1 0 1859
    -1 0 1 1573
    0 1 -1 1 286
    1 -5 6 5 143
    2 -5 6 2 0

    解释:
    刚开始时,代码中的x1,y1代表表中x-2,y-2; x2,y2代表x-1,y-1 ; a,b分别代表表中r-2,r-1 此例经过三次迭代,b即为0,此时,x1,y1正好对应x1,y1,即-5,6(可以自己算一遍就好理解了,平时手动算时都比较喜欢这种,不容易出错。而且,通过列表计算后,同时也验证了上面的推导因为 a*x + b*y = gcd(a, b)即有,a*xi + b*yi = ri (中间的每一步),从而理解推导过程)

    2.递归:
    基础:给出任意a, b,必有ax + by = gcd(a, b)。
    因为gcd(a, b) = gcd(b, a mod b),所以一个简单实现是利用gcd算法算出gcd(a, b)再倒回去算 x 和 y 。

    # 扩展欧几里的算法
    def extendedGCD1(a, b):
        if b == 0:
            return (1, 0, a)
        (x, y, r) = extendedGCD1(b, a%b)
        """
        gcd(a, b) = a*xi + b*yi
        gcd(b, a %  b) = b*xi+1 + (a - [a/b]*b)*yi+1
        gcd(a, b) = gcd(b, a %  b)   =>   a*xi + b*yi = a*yi+1 + b*(xi+1 - [a/b]*yi+1)
        xi = yi+1
        yi = xi+1 - [a/b]*yi+1
        """
        tmp = x
        x = y
        y = tmp - (a//b) * y
        return (x, y, r)
    
    
    
    1. 欧几里得算法与扩展欧几里得算法

    快速幂取模

    1.这次又花了点时间看这个算法,之前会但是不够清晰,导致自己写是老出问题。
    主要需要明白:

    • 积的取余等于取余的积的取余,即

    • 分奇偶两种情况,如果是奇数,要多求一步,可以提前算到s中

    2.迭代实现:

    # 快速幂取模算法
    # 迭代:
    def power(a, b, c):
        s = 1
        a %= c
        while b != 0:
            if b % 2 == 1:
                s = (s * a) % c
            b = b // 2
            a = (a * a) % c
        return s
    

    可参考:

    1. 快速幂取模
    2. 快速幂取模算法
    3. 简单的快速幂算法算法中存在的问题
  • 相关阅读:
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/clwsec/p/15679786.html
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