• (转)数论逆元


    原博客  https://www.cnblogs.com/linyujun/p/5194184.html

    建议先去理解好逆元的定义和乘法逆元(百度百科),不然会浪费很多时间还搞不懂别人在说什么。

    简而言之,b的逆元inv(b)就是b的倒数。

    ------------------------------------以下内容均为复制粘贴-------------------------------------

    ACM数论之旅6---数论倒数,又称逆元(我整个人都倒了( ̄﹏ ̄))

     

    数论倒数,又称逆元(因为我说习惯逆元了,下面我都说逆元)

    数论中的倒数是有特别的意义滴

    你以为a的倒数在数论中还是1/a吗

    (・∀・)哼哼~天真

    先来引入求余概念

    (a +  b) % p = (a%p +  b%p) %p  (对)

    (a  -  b) % p = (a%p  -  b%p) %p  (对)

    (a  *  b) % p = (a%p *  b%p) %p  (对)

    (a  /  b) % p = (a%p  /  b%p) %p  (错)

    为什么除法错的

    证明是对的难,证明错的只要举一个反例

    (100/50)%20 = 2       ≠      (100%20) / (50%20) %20 = 0

    对于一些题目,我们必须在中间过程中进行求余,否则数字太大,电脑存不下,那如果这个算式中出现除法,我们是不是对这个算式就无法计算了呢?

    答案当然是 NO (>o<)

    这时就需要逆元了

    我们知道

    如果

    a*x = 1

    那么x是a的倒数,x = 1/a

    但是a如果不是1,那么x就是小数

    那数论中,大部分情况都有求余,所以现在问题变了

    a*x  = 1 (mod p)

    那么x一定等于1/a吗

    不一定

    所以这时候,我们就把x看成a的倒数,只不过加了一个求余条件,所以x叫做    a关于p的逆元

    比如2 * 3 % 5 = 1,那么3就是2关于5的逆元,或者说2和3关于5互为逆元

    这里3的效果是不是跟1/2的效果一样,所以才叫数论倒数

    a的逆元,我们用inv(a)来表示

    那么(a  /  b) % p = (a * inv(b) ) % p = (a % p * inv(b) % p) % p

    这样就把除法,完全转换为乘法了 (。・ω・),乘法超容易

    正篇开始

    逆元怎么求

    (忘了说,a和p互质,a才有关于p的逆元)

    方法一:

    费马曾经说过:不想当数学家的数学家不是好数学家(( ̄▽ ̄)~*我随便说的,别当真)

    费马小定理

    a^(p-1) ≡1 (mod p)

    两边同除以a

    a^(p-2) ≡1/a (mod p)

    什么(,,• ₃ •,,),这可是数论,还敢写1/a

    应该写a^(p-2) ≡ inv(a) (mod p)

    所以inv(a) = a^(p-2) (mod p)

    这个用快速幂求一下,复杂度O(logn)(ง •̀_•́)ง 

    复制代码
     1 LL pow_mod(LL a, LL b, LL p){//a的b次方求余p 
     2     LL ret = 1;
     3     while(b){
     4         if(b & 1) ret = (ret * a) % p;
     5         a = (a * a) % p;
     6         b >>= 1;
     7     }
     8     return ret;
     9 }
    10 LL Fermat(LL a, LL p){//费马求a关于b的逆元 
    11         return pow_mod(a, p-2, p);
    12 }
    复制代码

    方法二:

    要用扩展欧几里德算法

    还记得扩展欧几里德吗?(不记得的话,欧几里得会伤心的(╭ ̄3 ̄)╭♡)

    a*x + b*y = 1

    如果ab互质,有解

    这个解的x就是a关于b的逆元

    y就是b关于a的逆元

    为什么呢?

    你看,两边同时求余b

    a*x % b + b*y % b = 1 % b

    a*x % b = 1 % b

    a*x = 1 (mod b)

    你看你看,出现了!!!(/≥▽≤/)

    所以x是a关于b的逆元

    反之可证明y

    附上代码:

    复制代码
     1 #include<cstdio>
     2 typedef long long LL;
     3 void ex_gcd(LL a, LL b, LL &x, LL &y, LL &d){
     4     if (!b) {d = a, x = 1, y = 0;}
     5     else{
     6         ex_gcd(b, a % b, y, x, d);
     7         y -= x * (a / b);
     8     }
     9 }
    10 LL inv(LL t, LL p){//如果不存在,返回-1 
    11     LL d, x, y;
    12     ex_gcd(t, p, x, y, d);
    13     return d == 1 ? (x % p + p) % p : -1;
    14 }
    15 int main(){
    16     LL a, p;
    17     while(~scanf("%lld%lld", &a, &p)){
    18         printf("%lld
    ", inv(a, p));
    19     }
    20 }
    复制代码

    方法三:

    当p是个质数的时候有
    inv(a) = (p - p / a) * inv(p % a) % p

    这为啥是对的咩?

    证明不想看的孩子可以跳过。。。( ̄0  ̄)

    证明:
    设x = p % a,y = p / a
    于是有 x + y * a = p
    (x + y * a) % p = 0
    移项得 x % p = (-y) * a % p
    x * inv(a) % p = (-y) % p
    inv(a) = (p - y) * inv(x) % p
    于是 inv(a) = (p - p / a) * inv(p % a) % p

    然后一直递归到1为止,因为1的逆元就是1

    代码:

    复制代码
     1 #include<cstdio>
     2 typedef long long LL;
     3 LL inv(LL t, LL p) {//求t关于p的逆元,注意:t要小于p,最好传参前先把t%p一下 
     4     return t == 1 ? 1 : (p - p / t) * inv(p % t, p) % p;
     5 }
     6 int main(){
     7     LL a, p;
     8     while(~scanf("%lld%lld", &a, &p)){
     9         printf("%lld
    ", inv(a%p, p));
    10     }
    11 }
    复制代码

    这个方法不限于求单个逆元,比前两个好,它可以在O(n)的复杂度内算出n个数的逆元

    递归就是上面的写法,加一个记忆性递归,就可以了

    递推这么写

    复制代码
     1 #include<cstdio>
     2 const int N = 200000 + 5;
     3 const int MOD = (int)1e9 + 7;
     4 int inv[N];
     5 int init(){
     6     inv[1] = 1;
     7     for(int i = 2; i < N; i ++){
     8         inv[i] = (MOD - MOD / i) * 1ll * inv[MOD % i] % MOD;
     9     }
    10 }
    11 int main(){
    12     init();
    13 }
    复制代码

    又学到新知识了o(*≧▽≦)ツ好开心

    --------------------------------------自认有效评论-------------------------------------
       
    #2楼 2016-07-28 14:19 美有那么  
    正篇上面,(a / b) % p = (a * inv(a) ) % p = (a % p * inv(a) % p) % p应该是(a / b) % p = (a * inv(b) ) % p = (a % p * inv(b) % p) % p吧;
     
     
     
    #6楼 2017-09-16 19:52 风一绝  
    你好,文中 : ”(a  -  b) % p = (a%p  -  b%p) %p  (对)“
    此句有误。
    反例:(6-4)%5=2 (6%5-4%5)%5=-3
    #7楼[楼主] 2017-09-17 01:23 镜外之主  
    @ 风一绝
    哦,不好意思,忘了介绍,
    逆元里面的求余是只能求余成正数的,
    %p只能产生0到p-1
    也就是说-3求余5就是2
    一般对于计算机,数论题的x%p
    我们的写法都是( x % p + p ) % p
    这样保证能够产生0到p-1的正数
    不好意思(>﹏<)没交待清楚
     
     
     
     
     
    #13楼 2017-12-15 09:16 黑蒜  
    费马小定理的前提是p为质数,楼主的p好像没限定
    现在所有的不幸都是以前不努力造成的。。。
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