C++使用string的大數(shù)快速模冪運算（6）

更新時間：2019年09月18日 14:42:34 作者：好想告訴你wt

這篇文章主要為大家詳細介紹了C++使用string的大數(shù)快速模冪運算，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下

本次項目目標：使用C++完成對于大數(shù)的相關運算，具體有加減乘除取模。

項目要點

1.大數(shù)指的是遠超long long int的數(shù)據(jù)

2.將大數(shù)用矩陣進行存儲，并通過矩陣實現(xiàn)運算

3.本人采用字符串進行存儲，應注意char的特點

比如：char a=161；

cout<<(int)a;

此時會輸出-95，而不是161，char類型首個比特位是作為正負號的

模冪快速算法

a,m為正整數(shù)，將m表示為二進制形式

則

可得

舉個例子

代碼中有之前的減法乘法取模除法運算

可得以下快速指數(shù)算法以及運行截圖

#include<iostream>
#include<string>
#include<algorithm>
#include<time.h>
using namespace std;
#define n 10
string dezero(string a)//用來去掉正數(shù)前面的0，也就是說可以輸入000001類似這樣的數(shù)字
{
 long int i;
 for(i=0;i<a.length();i++)
 {
 if(a.at(i)>48) break;
 }
 if(i==a.length()) return "0";
 a.erase(0,i);
 return a;
}
int judge(string a,string b)//判斷兩個正數(shù)的大小
{
 if(a.length()>b.length()) return 1;
 if(a.length()<b.length()) return -1;
 long int i;
 for(i=0;i<a.length();i++)
 {
 if(a.at(i)>b.at(i)) return 1;
 if(a.at(i)<b.at(i)) return -1;
 }
 return 0;
}
string minus(string a,string b)//自然數(shù)減法
{
 a=dezero(a);
 b=dezero(b);
 long int i,j=0;
 string c="0";
 string c1,c2;
 string d="-";
 if(judge(a,b)==0) return c;
 if(judge(a,b)==1)
 {
 c1=a;
 c2=b;
 }
 if(judge(a,b)==-1)
 {
 c1=b;
 c2=a;
 j=-1;
 }
 reverse(c1.begin(),c1.end());
 reverse(c2.begin(),c2.end());
 for(i=0;i<c2.length();i++)
 {
 if(c2.at(i)>=48&&c2.at(i)<=57) c2.at(i)-=48;
 if(c2.at(i)>=97&&c2.at(i)<=122) c2.at(i)-=87;
 }
 for(i=0;i<c1.length();i++)
 {
 if(c1.at(i)>=48&&c1.at(i)<=57) c1.at(i)-=48;
 if(c1.at(i)>=97&&c1.at(i)<=122) c1.at(i)-=87;
 }
 for(i=0;i<c2.length();i++)
 {
 c1.at(i)=c1.at(i)-c2.at(i);
 }
 for(i=0;i<c1.length()-1;i++)
 {
 if(c1.at(i)<0)
 {
  c1.at(i)+=n;
  c1.at(i+1)--;
 }
 }
 for(i=c1.length()-1;i>=0;i--)
 {
 if(c1.at(i)>0) break;
 }
 c1.erase(i+1,c1.length());
 for(i=0;i<c1.length();i++)
 {
 if(c1.at(i)>=10) c1.at(i)+=87;
 if(c1.at(i)<10) c1.at(i)+=48;
 }
 reverse(c1.begin(),c1.end());
 if(j==-1) c1.insert(0,d);
 return c1;
}
string multiply(string a,string b)//整數(shù)
{
 long int i,j,k,yao=0,kai;
 string c1,c2;
 string c3=a+b;
 if(a.at(0)=='-')
 {
 a.erase(0,1);
 yao++;
 }
 if(b.at(0)=='-')
 {
 b.erase(0,1);
 yao++;
 }
 a=dezero(a);
 b=dezero(b);
 if(a.at(0)==48||b.at(0)==48) return "0";
 if(a.length()>b.length())
 {
 c1=a;
 c2=b;
 }
 else
 {
 c1=b;
 c2=a;
 }
 reverse(c1.begin(),c1.end());
 reverse(c2.begin(),c2.end());
 for(i=0;i<c2.length();i++)
 {
 if(c2.at(i)>=48&&c2.at(i)<=57) c2.at(i)-=48;
 if(c2.at(i)>=97&&c2.at(i)<=122) c2.at(i)-=87;
 }
 for(i=0;i<c1.length();i++)
 {
 if(c1.at(i)>=48&&c1.at(i)<=57) c1.at(i)-=48;
 if(c1.at(i)>=97&&c1.at(i)<=122) c1.at(i)-=87;
 }
 for(i=0;i<c3.length();i++) c3.at(i)=0;
 for(i=0;i<c2.length();i++)
 {
 for(j=0;j<c1.length();j++)
 {
  kai=c2.at(i)*c1.at(j);
  c3.at(i+j+1)+=kai/n;
  c3.at(i+j)+=kai%n;
  for(k=i+j;k<c3.length()-1;k++)
  {
  if(c3.at(k)>=n) 
  {
   c3.at(k+1)+=c3.at(k)/n;
   c3.at(k)=c3.at(k)%n;
  }
  else
  {
   break;
  }
  }
 }
 }
 for(i=c3.length()-1;i>=0;i--)
 {
 if(c3.at(i)>0) break;
 }
 c3.erase(i+1,c3.length());
 for(i=0;i<c3.length();i++)
 {
 if(c3.at(i)>=10) c3.at(i)+=87;
 if(c3.at(i)<10) c3.at(i)+=48;
 }
 reverse(c3.begin(),c3.end());
 if(yao==1) c3="-"+c3;
 return c3;
}
string mod(string a,string b)
{
 long int i,j=0;
 string c1,c2,c3,d;
 if(a.at(0)=='-') j=1;
 if(judge(a,b)==0) return "0";
 if(judge(a,b)==-1)
 {
 return dezero(a);
 }
 c1=dezero(a);
 c2=dezero(b);
 d="";
 for(i=0;i<c1.length();i++)
 {
 d=d+c1.at(i);
 while(judge(d,b)>=0)
 {
  d=minus(d,b);
  d=dezero(d);
 }
 }
 if(j==1) d=minus(b,d);
 return dezero(d);
}
string divide(string a,string b)//正整數(shù)除法
{
 if(b.length()==1&&b.at(0)==48) return "error";
 long int i,j;
 string c1,c2,d,e;
 if(judge(a,b)==0) return "1";
 if(judge(a,b)==-1)
 {
 return "0";
 }
 c1=dezero(a);
 c2=dezero(b);
 d="";
 e="";
 for(i=0;i<c1.length();i++)
 {
 j=0;
 d=d+c1.at(i);
 d=dezero(d);
 while(judge(d,b)>=0)
 {
  d=minus(d,b);
  d=dezero(d);
  j++;
 }
 e=e+"0";
 e.at(i)=j;
 }
 for(i=0;i<e.length();i++)
 {
 if(e.at(i)>=10) e.at(i)+=87;
 if(e.at(i)<10) e.at(i)+=48;
 }
 e=dezero(e);
 return e;
}
string quickpower(string a,string b,string c)//快速指數(shù)算法a的b次方mod c
{
 //進制轉(zhuǎn)換
 string e;
 long int i;
 i=0;
 while(1)
 {
 if(b.length()==1&&b.at(0)==48) break;
 e=e+"0";
 e.at(i)=mod(b,"2").at(0);
 b=divide(b,"2");
 i++;
 }
 reverse(e.begin(),e.end());
 //快速指數(shù)算法
 b=e;
 string d="1";
 for(i=0;i<b.length();i++)
 {
 if(b.at(i)==49) d=multiply(d,a);
 if(i!=b.length()-1) d=multiply(d,d);
 d=mod(d,c);
 }
 return d;
}
int main()
{
 string a,b,c;
 while(cin>>a>>b>>c)
 {
 cout<<quickpower(a,b,c)<<endl;
 }
 return 0;
}

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