数学部分简单总结

总的感受:

难...... 数学这种东西真的很考验一个人,我是典型的被题虐的。所以这里只包括了一些简单数学知识。

简单数论:

一、质数

1、单个质数的判定:① 试除法 ② Miller-Rabin

Miller-Rabin的基本思想:随机+费马小定理+二次探测定理。

[有兴趣的戳这里(在文章中间有提到)]

Miller-Rabin :

IL int Miller_Rabin(int x) {
    if (x<2) return 0;
    if (x==2||x==3||x==5||x==7) return 1;
    RG int i,j,k=x-1,cnt=0,now;
    while (!(k&1)) k>>=1,++cnt;
    //先把所有的2给提出来,然后在一个一个乘上去,这样比直接做快
    for (i=1;i<=4;++i) {
        if (Pow(prm[i],x-1,x)!=1) return 0; //费马小定理
        now=Pow(prm[i],k,x);
        if (now==1||now==x-1) continue;
        now=now*now%x;
        for (j=1;j<=cnt;++j,now=now*now%x)
            if (now==x-1) break;
        if (j>cnt) return 0;
    }
    return 1;
}/jike

2、质数的筛法 :① 欧拉筛 ② 线性筛

线性筛基本思想:确定每个数产生的唯一方式

只给当前数乘上一个质因子,且使得这个质因子是生成的合数的最小质因子,这样保证了合数质因子从大到小累积

线性筛 :

    RG int n,m,cnt=0,i,j;
    n=gi(),m=gi();
    for (i=2;i<=n;++i) {
        if (!minpr[i])   // 数i的最小质因子
            pr[i]=1,minpr[i]=i,prime[++cnt]=i;
        for (j=1;j<=cnt&&prime[j]<=minpr[i]&&prime[j]*i<=n;++j)
            minpr[i*prime[j]]=prime[j];
    }

3、质因数分解 :① 试除法 ② Pollard-Rho-大数质因数分解

Pollard-Rho的讲解戳上面那个链接。

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关于Pollard-Rho的小优化:

① 每次算出一个差x后,不单单只看是否x|N,而是看是否gcd(x,N)>1。

② 在①的基础上,不需要每次都算gcd,而可以每127(其他数应该也行)个x累乘起来,和N算一次gcd。

 对Miller-Rabin的优化:对于质数选取选择:2,3,7,61,24251据说可以保证在2的14次方,只有46856248255981判不掉。

 这样可以筛出N的每一个因子,然后用Miller-Rabin判断是否为质数即可。

IL int Pollard_rho(int x,int c) {
    RG int i,j,Las,now=0,res,gcd;
    for (i=2;;i<<=1) {
        for (j=1,Las=now,res=1;j<=i;++j) {
            now=(qm(now,now,x)+c)%x,res=qm(res,abc(now-Las),x);
            if (!(i%137)) {
                gcd=getgcd(x,res);
                if (gcd>1) return gcd;
            }                     
            if (now==Las) return x;
        }
        gcd=getgcd(x,res);
        if (gcd>1) return gcd;
    }
}

IL void Find(int x,int c) {
    if (x<2||x<=ans) return;
    if (Miller_Rabin(x)) {ans=max(ans,x);return;}  
    RG int p=x;
    while (p==x) p=Pollard_rho(x,c--);
    while (x%p==0) x/=p;
    Find(p,c),Find(x,c);
}

题目:

Luogu Pollard-Rho 模板题


二、约数

1、算术基本定理及其推论:
\[ N=\prod^{cnt}_{i=1}Pi^{ci}算术基本定理的推论(N的正约数和): \]
算术基本定理的推论(N的正约数和):
\[ \prod^{cnt}_{i=1}({\sum^{ci}_{j=0}(Pi)^{j}}) \]
2、N的正约数集合的求法:试除法

3、1~N每个数的正约数集合:倍数法

4、最大公约数:欧几里得算法

5、互质与欧拉函数:

\[ \phi(n)=n*\prod_{质数p|n}{\frac{p-1}{p}} \]
故欧拉函数的计算可在质因数分解的过程中求得。

欧拉函数的性质:

① 对于任意n>1 ,1~n中与n互质的数的和为
\[ n*\phi(n)/2 \]
② 若a,b互质,则有:
\[ \phi(ab)=\phi(a)*\phi(b) \]
 实际上,一个函数f,当a,b互质时,存在
\[ f(ab)=f(a)*f(b) \]
那么f为积性函数。本文不做深究。

题目:

反素数

余数之和

Hankson的趣味题


三、同余

1、费马小定理:若P是质数,那么对于任意整数a,有:
\[ a^P\equiv a\mod P \]
2、欧拉定理:若正整数a,n互质,则:
\[ a^{\phi(n)}\equiv1\mod n \]
3、欧拉定理的推论:若正整数a,n互质,则对于任意整数b,有:
\[ a^b\equiv a^{b\mod{\phi(n)}}\mod n \]
4、裴蜀定理:对于任意整数a,b,存在一对整数x,y,满足:
\[ a*x+b*y=\gcd{(a,b)} \]
  扩展欧几里得算法即基于上述定理。

  推广:对于更加一般的方程
\[ a*x+b*y=c \]
​ 它有解,当且仅当:
\[ \gcd{(a,b)}\mid c \]
5、乘法逆元的求法(记为inv):

① 费马小定理(若模数P为质数)。

② 扩展欧几里得算法。

③ 线性递推逆元。

6、线性同余方程:CRT & ExCRT

​ CRT核心思想:构造

​ ExCRT核心思想:合并(个人yy)

有兴趣的戳这里

7、高次同余方程:BSGS & ExBSGS

有兴趣的戳这里

题目:

The Luckiest Number

Sumdiv

ExCRT模板

BSGS模板

ExBSGS模板


线性代数 & 组合数学:

四、矩阵乘法

主要用于加速递推。

需要特别留心的是关于类似floyd的可行矩阵的递推,可能会有点抽象。

直接上题吧:

石头游戏

数学作业

花园


五、高斯消元与线性空间

1、Gauss_Jordan消元法(无回带操作)

IL void Gauss_Jordan() {
    RG int i,j,k,l;
    for(i=1;i<=n;++i) {
        for(j=cnt+1,l=0;j<=n;++j)
            if(fabs(a[j][i])>eps) {l=j;break;}
        if(!l) continue;
        for(j=i,++cnt;j<=n+1;++j) swap(a[cnt][j],a[l][j]);
        for(j=i+1;j<=n+1;++j) a[cnt][j]/=a[cnt][i];
        a[cnt][i]=1.0;
        for(j=1;j<=n;++j) {
            if(j==cnt) continue;
            RG DB res=a[j][i]/a[cnt][i];
            for(k=i;k<=n+1;++k) a[j][k]-=res*a[cnt][k];
        }           
    }
    for(i=cnt+1;i<=n;++i)
        if(fabs(a[i][n+1])>eps) {puts("-1");exit(0);}
    if(cnt<n) {puts("0");exit(0);}
}
// 无解输出-1 无穷解输出0

2、线性空间知识

有兴趣的戳这里

题目:

球形空间产生器

开关问题

线性基模板

装备购买

XOR


六、组合计数

1、加法原理 & 乘法原理

​ 不多说。。

2、排列 & 组合:

​ 从n个不同元素中选m个元素排成一列,产生的不同排列数量为:
\[ P^m_n=\frac{n!}{(n-m)!} \]
​ 从n个不同元素中选m个元素组成一个集合,产生的不同集合数量为:
\[ C^m_n=\frac{n!}{(n-m)!*m!} \]
3、二项式定理:
\[ (a+b)^y=\sum_{i=0}^ya^i*b^{n-i}*C^i_n \]
4、多重集的排列 & 组合:

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