快速幂取模算法模板

来源：互联网发布：骚男的淘宝店网址编辑：程序博客网时间：2024/06/05 08:25

在Miller Rabbin测试素数，就用到了快速幂取模的思想。这里总结下。
求a^b%c（这就是著名的RSA公钥的加密方法），当a,b很大时，直接求解这个问题不太可能

算法1：利用公式a*b%c=((a%c)*b)%c,这样每一步都进行这种处理，这就解决了a^b可能太大存不下的问题，但这个算法的时间复杂度依然没有得到优化
代码如下：

int modexp_simple(int a,int b,int n)     
{    
    int ret = 1;
    while (b--)
    {
        ret = a * ret % n;
    }
    return ret;
}

算法2：另一种算法利用了二分的思想，可以达到O(logn)。
可以把b按二进制展开为：b = p(n)*2^n + p(n-1)*2^(n-1) +…+ p(1)*2 + p(0)
其中p(i) (0<=i<=n)为 0 或 1

这样 a^b = a^ (p(n)*2^n + p(n-1)*2^(n-1) +...+ p(1)*2 + p(0))
= a^(p(n)*2^n) * a^(p(n-1)*2^(n-1)) *...* a^(p(1)*2) * a^p(0)
对于p(i)=0的情况, a^（p(i) * 2^(i-1) ） = a^0 = 1,不用处理
我们要考虑的仅仅是p(i)=1的情况
化简：a^(2^i) = a^(2^(i-1) * 2) = ( a^( p(i) * 2^(i-1) ) )^2
（这里很重要！！具体请参阅秦九韶算法：http://baike.baidu.com/view/1431260.htm）

利用这一点，我们可以递推地算出所有的a^(2^i)
当然由算法1的结论，我们加上取模运算：
a^(2^i)%c = ( (a^(2^(i-1))%c) * a^(2^(i-1))) %c
于是再把所有满足p(i)=1的a^(2^i)%c按照算法1乘起来再%c就是结果，即二进制扫描从最高位一直扫描到最低位

实例代码：递归

//计算a^bmodn     
int modexp_recursion(int a,int b,int n)     
{    
    int t = 1;

    if (b == 0)
        return 1;

    if (b == 1)
         return a%n;

    t = modexp_recursion(a, b>>1, n);

    t = t*t % n;

    if (b&0x1)
    {    
        t = t*a % n;
    }

    return t;
 }

实例代码2：非递归优化

#include <iostream>   
using namespace std;   
  
//计算a^bmodn   
int modexp(int a,int b,int n)   
{   
    int ret=1;   
    int tmp=a;   
    while(b)   
    {   
       //基数存在   
       if(b&0x1) ret=ret*tmp%n;   
       tmp=tmp*tmp%n;   
       b>>=1;   
    }   
    return ret;   
}   
  
int main()   
{   
    cout<<modexp(2,10,3)<<endl;   
    return 0;   
}

另外的一种写法3:

long long bigmod(long long a,long long b,long long m)
{
    long long d,t;
    d=1;
    t=a;
    while (b>0)
    {
        if (b%2==1)
            d=(d*t)%m;
        b/=2;
        t=(t*t)%m;
    }

    return d;
}

参考文章来源：Reait Home(http://www.reait.com/blog.html)

0 0