数论倒数,又称逆元
取模
对于取模,有一下一些性质:
但是唯独除法是不满足的:
为什么除法错的呢?很好证明:
而对于一些题目,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,我们就需要逆元了。
逆元
定义:
我们知道,如果a*x = 1,那么x是a的倒数,x = 1/a
而在数论问题中,大部分情况都有取模,所以问题就变成了:
那么x就不一定等于1/a了
所以这时候,我们就把x理解为在模p空间下,a的倒数,满足:
现在就要在回到刚才的问题了,除以一个数等于乘上这个数的倒数,在除法取余的情况下,就是乘上这个数的逆元,即:
这样就把除法,完全转换为乘法了。
逆元的求解
对于逆元的求解,如果n较小的话,是容易算出来的,例如,求3在模26下的逆元:
但是当n非常大的时候,就需要引入一个算法来计算
(1)扩展欧几里得算法(extend_gcd)
对于逆元的表达式可以做一些变换:
当gcd(a,n)=1时,代入extend_gcd(a,b,x,y),得到的非负的x值,就是a对模n的逆元。
算法实现与证明
也就是说,我们得到了一个和gcd算法中,gcd(m,n)=gcd(n,m%n)相似的恒等式
什么意思呢?举个例子,就是
如果想要x为正值
只再做一步:
if (x < 0) { x += b; y -= a; }
扩展:
完整算法:
int extend_gcd(int a, int b, int& x, int& y) { if (b == 0) { x = 1, y = 0; return a; } int q = extend_gcd(b, a % b, x, y); int temp = x; x = y; y = temp - a / b * y; return q; }
(2)费马小定理
如果p是一个质数,并且gcd(a,p)=1
两边同除以 a
所以
用快速幂求一下,复杂度O(logn)