NYOJ 1000 又见斐波那契数列

描述

斐波那契数列大家应该很熟悉了吧。下面给大家引入一种新的斐波那契数列：M斐波那契数列。 M斐波那契数列F[n]是一种整数数列，它的定义如下：

F[0] = a
F[1] = b
F[n] = F[n-1] * F[n-2] ( n > 1 )

现在给出a, b, n，聪明的你能求出F[n]的值吗？

输入

输入包含多组测试数据；
每组数据占一行，包含3个整数a, b, n（ 0 <= a, b, n <= 10^9 ）

输出

对每组测试数据请输出一个整数F[n]，由于F[n]可能很大，你只需输出F[n]对1000000007取模后的值即可，每组数据输出一行。

样例输入

0 1 0 
6 10 2

样例输出

0 
60

Solution:

　　本题我们容易发现$F[0]=a,F[1]=b,F[2]=ab,F[3]=ab^2,F[4]=a^2b^3,F[5]=a^3b^5…$，设$f[i]表示第i个斐波拉契数$，则$F[n]=a^{f[n-1]}b^{f[n]},n≥2$

　　于是，$F[n]=a^{f[n-1]}b^{f[n]};mod;p$，关键是$ a,b $指数会很大，由扩展欧拉定理（关于扩展欧拉定理）:

$a^n≡a^{n;mod;phi (p)};mod;p,quad gcd(a,p)=1$，注意到$ p $为素数，于是$gcd(a,p)=1,phi (p)=p-1$，

那么本题就直接套上矩阵快速幂取对$p-1$取模求出$a,b$的系数，然后再普通快速幂对$p$取模求$ans$就$OK$了。

代码：

/*题意是给定F[1]=a，F[2]=b，F[n]=F[n-1]*F[n-2]，求第n项对素数m取模*/
#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#define il inline
#define ll long long 
#define mem(p) memset(&p,0,sizeof(p))
using namespace std;
const ll mod = 1e9+7;
ll a,b,n,phi=mod-1,mia,mib;
struct mat{ll a[3][3],r,c;};
il mat mul(mat x,mat y)
{
    mat p;
    mem(p);
    p.r=x.r,p.c=y.c;
    for(int i=0;i<x.r;i++)
        for(int j=0;j<y.c;j++)
            for(int k=0;k<x.c;k++)
    p.a[i][j]=(p.a[i][j]+x.a[i][k]*y.a[k][j]%phi)%phi;
    return p;
}
il void fast(ll k)
{
    mat p,ans;
    mem(p),mem(ans);
    p.r=p.c=2;
    p.a[0][0]=p.a[0][1]=p.a[1][0]=1;
    ans.r=1,ans.c=2;
    ans.a[0][0]=1,ans.a[0][1]=1;
    while(k){
        if(k&1)ans=mul(ans,p);
        p=mul(p,p);
        k>>=1;
    }
    mib=ans.a[0][0];mia=ans.a[0][1];
}
il ll qpow(ll o,ll k)
{
    ll ans=1;
    while(k)
    {
        if(k&1)ans=ans*o%mod;
        k>>=1;
        o=o*o%mod;
    }
    return ans;
}
int main()
{
    ios::sync_with_stdio(0);
    //cout<<phi<<endl;
    while(cin>>a>>b>>n){
        if(n==0){cout<<(a>mod?a%mod:a)<<endl;continue;}
        if(n==1){cout<<(b>mod?b%mod:b)<<endl;continue;}
        if(n==2){cout<<a*b%mod<<endl;continue;}
            fast(n-2);
        //    cout<<mia<<' '<<mib<<endl;
            cout<<qpow(a,mia)*qpow(b,mib)%mod<<endl;
    }
    return 0;
}