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快速幂(二分幂)

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快速幂这个东西比较好理解,但实现起来到不老好办,记了几次老是忘,今天把它系统的总结一下防止忘记。

首先,快速幂的目的就是做到快速求幂,假设我们要求a^b,按照朴素算法就是把a连乘b次,这样一来时间复杂度是O(b)也即是O(n)级别,快速幂能做到O(logn),快了好多好多。它的原理如下:

假设我们要求ab,那么其实b是可以拆成二进制的,该二进制数第i位的权为2(i-1),例如当b==11时

a11=a(20+21+2^3)
  11的二进制是1011,11 = 2³×1 + 2²×0 + 2¹×1 + 2º×1,因此,我们将a¹¹转化为算 a20*a21a2^3,也就是a1a2*a8 ,看出来快的多了吧原来算11次,现在算三次,但是这三项貌似不好求的样子…不急,下面会有详细解释。   由于是二进制,很自然地想到用位运算这个强大的工具:&和>> &运算通常用于二进制取位操作,例如一个数 & 1 的结果就是取二进制的最末位。还可以判断奇偶x&10为偶,x&11为奇。 >>运算比较单纯,二进制去掉最后一位,不多说了,先放代码再解释。   

其中要理解base*=base这一步:因为 basebase==base2,下一步再乘,就是base2base2==base4,然后同理 base4base4=base8,由此可以做到base–>base2–>base4–>base8–>base16–>base32…指数正是 2^i ,再看上面的例子,a¹¹= a1a2*a8,这三项就可以完美解决了,快速幂就是这样。

顺便啰嗦一句,由于指数函数是爆炸增长的函数,所以很有可能会爆掉int的范围,根据题意选择 long long还是mod某个数自己看着办。

矩阵快速幂也是这个道理,下面放一个求斐波那契数列的矩阵快速幂模板

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