矩阵快速幂
来源:互联网 发布:登录注册页面模板源码 编辑:程序博客网 时间:2024/05/20 10:53
一.简介
矩阵的快速幂是用来高效地计算矩阵的高次方的。将朴素的o(n)的时间复杂度,降到log(n)
一般一个矩阵的n次方,我们会通过连乘n-1次来得到它的n次幂。
但做下简单的改进就能减少连乘的次数,方法如下:
把n个矩阵进行两两分组,比如:A*A*A*A*A*A =>(A*A)*(A*A)*(A*A)
这样变的好处是,你只需要计算一次A*A,然后将结果(A*A)连乘自己两次就能得到A^6,即(A*A)^3=A^6。算一下发现这次一共乘了3次,少于原来的5次。
那么才能怎么迅速地求得矩阵的N次幂?
这里利用二分的思想
大家首先要认识到一点:任何一个整数N,都能用二进制来表示
二.样例
比如A^19 => (A^16)*(A^2)*(A^1)
显然采取这样的方式计算时因子数将是log(n)级别的(原来的因子数是n),不仅这样,因子间也是存在某种联系的,比如A^4能通过(A^2)*(A^2)得到,A^8又能通过(A^4)*(A^4)得到,这点也充分利用了现有的结果作为有利条件。下面举个例子进行说明:
现在要求A^156, 而156(10)=10011100(2)
也就有A^156=>(A^4)*(A^8)*(A^16)*(A^128)考虑到因子间的联系,我们从二进制10011100中的最右端开始计算到最左端。
下面给核心代码:
while(N) { if(N&1) res=res*A; N = N/2; A=A*A; }
注:里面的乘号,是矩阵乘的运算,res是结果矩阵。
第3行代码每进行一次,二进制数就少了最后面的一个1。二进制数有多少个1就第3行代码就执行多少次。
现在我就说下我对二进制的感想吧:
我们在做很多”连续“的问题的时候都会用到二进制将他们离散简化
1.多重背包问题
2.树状数组
3.状态压缩DP
……………还有很多。。。究其根本还是那句话:化连续为离散。。很多时候我们并不是为了解决一个问题而使用二进制,更多是时候是为了优化而使用它。所以如果你想让你的程序更加能适应大数据的情况,那么学习学习二进制及其算法思想将会对你有很大帮助。
感想:矩阵快速幂是个好东东啊 ~~
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