(1)用python自主编程实现快速模幂运算 (2)用python自主编程实现求逆运算
时间: 2023-07-27 22:26:21 浏览: 181
好的,我可以提供一些思路来自主实现快速模幂运算和求逆运算。
快速模幂运算:
快速模幂运算是指计算 $a^b \bmod c$ 的值,其中 $a$、$b$、$c$ 都是正整数,而 $b$ 可能非常大。如果直接计算,时间复杂度将会非常高,因此需要用到快速模幂算法。
下面是一个思路:
1. 将指数 $b$ 转换为二进制表示,例如 $b = 13$ 可以转换为二进制表示 $1101$。
2. 从最低位开始处理二进制表示,如果当前位为 $1$,则将结果乘以底数 $a$,并对模数取余;如果当前位为 $0$,则不进行操作。
3. 在每次处理完一位时,将指数 $b$ 右移一位(相当于除以 $2$),将底数 $a$ 平方,并对模数取余。
4. 重复步骤 2 和 3,直到指数 $b$ 右移完毕。
下面是一个 Python 实现的快速模幂算法:
```python
def fast_pow_mod(base, exponent, modulus):
result = 1
while exponent > 0:
if exponent & 1:
result = (result * base) % modulus
exponent >>= 1
base = (base * base) % modulus
return result
```
这个函数接受三个参数,分别是底数 base、指数 exponent 和模数 modulus,返回的是 base 的 exponent 次幂对模数 modulus 取余的结果。在实现中,我们使用位运算来判断当前位是否为 1,来实现快速计算。
求逆运算:
求逆运算是指在模运算下找到一个数 $b$,使得 $a \cdot b \equiv 1 \pmod{n}$,其中 $a$ 和 $n$ 都是正整数。在实现过程中,我们可以使用扩展欧几里得算法来求解。
下面是一个思路:
1. 使用扩展欧几里得算法求解 $a$ 和 $n$ 的最大公约数 $d$,以及满足 $a \cdot x + n \cdot y = d$ 的解 $(x, y)$。
2. 如果 $d$ 不等于 $1$,则 $a$ 在模数 $n$ 下没有逆元,返回 None。
3. 如果 $d$ 等于 $1$,则 $a$ 在模数 $n$ 下存在逆元,返回 $x \bmod n$。
下面是一个 Python 实现的求逆算法:
```python
def inverse(a, n):
gcd, x, y = extended_gcd(a, n)
if gcd != 1:
return None # a 和 n 不互质,不存在逆元
else:
return x % n
def extended_gcd(a, b):
if b == 0:
return a, 1, 0
else:
gcd, x_, y_ = extended_gcd(b, a % b)
x = y_
y = x_ - (a // b) * y_
return gcd, x, y
```
这个函数接受两个参数,分别是要求逆的数 a 和模数 n。函数中调用了 extended_gcd 函数来求 a 和 n 的最大公约数,如果最大公约数不为 1,则 a 在模数 n 下没有逆元,函数返回 None。否则,函数返回 a 在模数 n 下的逆元。
希望这些思路能够帮到你,如果你自主实现时遇到了问题,可以继续向我提问。
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