数论 51Nod1079 中国剩余定理

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1079 中国剩余定理

基准时间限制:1 秒 空间限制:131072 KB 分值: 0 难度:基础题

一个正整数K,给出K Mod 一些质数的结果,求符合条件的最小的K。例如,K % 2 = 1, K % 3 = 2, K % 5 = 3。符合条件的最小的K = 23。

Input

第1行:1个数N表示后面输入的质数及模的数量。(2 <= N <= 10)
第2 - N + 1行,每行2个数P和M,中间用空格分隔,P是质数,M是K % P的结果。(2 <= P <= 100, 0 <= K < P)

Output

输出符合条件的最小的K。数据中所有K均小于10^9。

Input示例

3
2 1
3 2
5 3

Output示例

23

中国剩余定理,又称孙子定理,给出了一元线性同余方程组有解的判定条件。

中国剩余定理说明:假设整数m1,m2, ... ,mn两两互质,则对任意的整数:a1,a2, ... ,an,方程组  有解,并且通解可以用如下方式构造得到:

设  是整数m1,m2, ... ,mn的乘积,并设  是除了mi以外的n- 1个整数的乘积。

设  为  模  的数论倒数(  为  模  意义下的逆元) 

方程组  的通解形式为 

在模  的意义下,方程组  只有一个解: 

很复杂很难理解。

多模拟下过程,理解下代码

费马小定理求逆元,

扩展欧几里德求逆元,

转载一个特别棒的中国剩余定理详细讲解博客:http://www.cnblogs.com/walker01/archive/2010/01/23/1654880.html

中国剩余定理分析

     我们将“孙子问题”拆分成几个简单的小问题,从零开始,试图揣测古人是如何推导出这个解法的。

     首先,我们假设n1是满足除以3余2的一个数,比如2,5,8等等,也就是满足3*k+2(k>=0)的一个任意数。同样,我们假设n2是满足除以5余3的一个数,n3是满足除以7余2的一个数。

     有了前面的假设,我们先从n1这个角度出发,已知n1满足除以3余2,能不能使得 n1+n2 的和仍然满足除以3余2?进而使得n1+n2+n3的和仍然满足除以3余2?

     这就牵涉到一个最基本数学定理,如果有a%b=c,则有(a+kb)%b=c(k为非零整数),换句话说,如果一个除法运算的余数为c,那么被除数与k倍的除数相加(或相减)的和(差)再与除数相除,余数不变。这个是很好证明的。

     以此定理为依据,如果n2是3的倍数,n1+n2就依然满足除以3余2。同理,如果n3也是3的倍数,那么n1+n2+n3的和就满足除以3余2。这是从n1的角度考虑的,再从n2,n3的角度出发,我们可推导出以下三点:

  1. 为使n1+n2+n3的和满足除以3余2,n2和n3必须是3的倍数。
  2. 为使n1+n2+n3的和满足除以5余3,n1和n3必须是5的倍数。
  3. 为使n1+n2+n3的和满足除以7余2,n1和n2必须是7的倍数。

    因此,为使n1+n2+n3的和作为“孙子问题”的一个最终解,需满足:

  1. n1除以3余2,且是5和7的公倍数。
  2. n2除以5余3,且是3和7的公倍数。
  3. n3除以7余2,且是3和5的公倍数。

    所以,孙子问题解法的本质是从5和7的公倍数中找一个除以3余2的数n1,从3和7的公倍数中找一个除以5余3的数n2,从3和5的公倍数中找一个除以7余2的数n3,再将三个数相加得到解。在求n1,n2,n3时又用了一个小技巧,以n1为例,并非从5和7的公倍数中直接找一个除以3余2的数,而是先找一个除以3余1的数,再乘以2。

    这里又有一个数学公式,如果a%b=c,那么(a*k)%b=a%b+a%b+…+a%b=c+c+…+c=kc(k>0),也就是说,如果一个除法的余数为c,那么被除数的k倍与除数相除的余数为kc。展开式中已证明。

    最后,我们还要清楚一点,n1+n2+n3只是问题的一个解,并不是最小的解。如何得到最小解?我们只需要从中最大限度的减掉掉3,5,7的公倍数105即可。道理就是前面讲过的定理“如果a%b=c,则有(a-kb)%b=c”。所以(n1+n2+n3)%105就是最终的最小解。

总结

   经过分析发现,中国剩余定理的孙子解法并没有什么高深的技巧,就是以下两个基本数学定理的灵活运用:

  1. 如果 a%b=c , 则有 (a+kb)%b=c (k为非零整数)。
  2. 如果 a%b=c,那么 (a*k)%b=kc (k为大于零的整数)。
#include <cstdio>
#include <cstring>
#define LL long long

const int maxn=15;

int n;
LL p[maxn],m[maxn];
//long k;

int exgcd(LL a,LL b,LL &x,LL &y)
{
	if(b==0)
	{
		x=1;y=0;
		return a;
	}
	int r=exgcd(b,a%b,y,x);		//交换位置,很精妙的写法啊
	y-=(a/b)*x;//y=x1-a/b*y1
	return r;
}

LL CRT(LL a[],LL p[],int n)
{
	LL m=1,y,x=0,tx;
	for(int i=0;i<n;++i) m*=p[i];
	for(int i=0;i<n;++i){
		LL w=m/p[i];
		int t=exgcd(p[i],w,tx,y);
		x=(x+y*w*(a[i]/t))%m;
	}
	return (x+m)%m;
}

int main()
{
	scanf("%d",&n);
	for(int i=0;i<n;++i){
		scanf("%lld%lld",&p[i],&m[i]);
	}
	printf("%lld\n",CRT(m,p,n));

	return 0;
}

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