一尘不染

快速n为大n选择k mod p?

algorithm

我所说的“大n”是指数以百万计的东西。p是素数。

我已经尝试过
http://apps.topcoder.com/wiki/display/tc/SRM+467,
但是该功能似乎是不正确的(我用144选择6 mod 5对其进行了测试,它应该给我0时给我0 2)

我已经尝试过 http://online-
judge.uva.es/board/viewtopic.php?f=22&t=42690 但我不太了解

我还制作了一个使用逻辑(组合(n-1,k-1,p)%p +组合(n-1,k,p)%p)的记忆式递归函数,但是它给了我堆栈溢出的问题,因为n大

我已经尝试过卢卡斯定理,但它似乎很慢或不准确。

我要做的就是创建一个快速/准确的n为大n选择k mod p。如果有人可以帮我展示一个好的实现方法,我将非常感激。谢谢。

根据要求,击中堆栈的记忆版本会在较大的n处溢出:

std::map<std::pair<long long, long long>, long long> memo;

long long combinations(long long n, long long k, long long p){
   if (n  < k) return 0;
   if (0 == n) return 0;
   if (0 == k) return 1;
   if (n == k) return 1;
   if (1 == k) return n;

   map<std::pair<long long, long long>, long long>::iterator it;

   if((it = memo.find(std::make_pair(n, k))) != memo.end()) {
        return it->second;
   }
   else
   {
        long long value = (combinations(n-1, k-1,p)%p + combinations(n-1, k,p)%p)%p;
        memo.insert(std::make_pair(std::make_pair(n, k), value));
        return value;
   }  
}

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2020-07-28

共1个答案

一尘不染

因此,这是解决问题的方法。

当然,您知道公式:

comb(n,k) = n!/(k!*(n-k)!) = (n*(n-1)*...(n-k+1))/k!

(请参阅http://en.wikipedia.org/wiki/Binomial_coefficient#Computing_the_value_of_binomial_coefficients

您知道如何计算分子:

long long res = 1;
for (long long i = n; i > n- k; --i) {
  res = (res * i) % p;
}

现在,由于p为质数,因此 与p互质数 的每个整数的倒数都得到了很好的定义,即可以找到-1。这可以使用费马定理a p-1 = 1(mod p)=> a * a p-2 = 1(mod p)做到-1 = a p-2。现在,您需要做的就是实现快速幂运算(例如,使用二进制方法):

long long degree(long long a, long long k, long long p) {
  long long res = 1;
  long long cur = a;

  while (k) {
    if (k % 2) {
      res = (res * cur) % p;
    }
    k /= 2;
    cur = (cur * cur) % p;
  }
  return res;
}

现在,您可以将分母添加到我们的结果中:

long long res = 1;
for (long long i = 1; i <= k; ++i) {
  res = (res * degree(i, p- 2)) % p;
}

请注意,我在各处都使用long long以避免类型溢出。当然,您不需要做k幂运算-您可以计算k!(mod p),然后只除一次:

long long denom = 1;
for (long long i = 1; i <= k; ++i) {
  denom = (denom * i) % p;
}
res = (res * degree(denom, p- 2)) % p;

编辑:如果k> = p k,则按@dbaupp的注释!将等于0模p,并且将不定义(k!)^-1。为了避免这种情况,首先计算p在n *(n-1)…(n-k
+ 1)和k中的度数!并比较它们:

int get_degree(long long n, long long p) { // returns the degree with which p is in n!
  int degree_num = 0;
  long long u = p;
  long long temp = n;

  while (u <= temp) {
    degree_num += temp / u;
    u *= p;
  }
  return degree_num;
}

long long combinations(int n, int k, long long p) {
  int num_degree = get_degree(n, p) - get_degree(n - k, p);
  int den_degree = get_degree(k, p);

  if (num_degree > den_degree) {
    return 0;
  }
  long long res = 1;
  for (long long i = n; i > n - k; --i) {
    long long ti = i;
    while(ti % p == 0) {
      ti /= p;
    }
    res = (res * ti) % p;
  }
  for (long long i = 1; i <= k; ++i) {
    long long ti = i;
    while(ti % p == 0) {
      ti /= p;
    }
    res = (res * degree(ti, p-2, p)) % p;
  }
  return res;
}

编辑:还有一个可以添加到上面的解决方案的优化-代替计算k!中每个倍数的反数,我们可以计算k!(mod
p),然后计算该数的反数。因此,我们只需要为对数支付一次对数。当然,我们必须再次丢弃每个倍数的p个除数。我们只需要使用以下命令更改最后一个循环:

long long denom = 1;
for (long long i = 1; i <= k; ++i) {
  long long ti = i;
  while(ti % p == 0) {
    ti /= p;
  }
  denom = (denom * ti) % p;
}
res = (res * degree(denom, p-2, p)) % p;
2020-07-28