高精度&&FFT
ACM-高精度模板(综合篇) 时间:2015-02-01 20:30:23 阅读:419 评论:0 收藏:0 [点我收藏+] 标签:高精度 在这里,我们约定,能用int表示的数据视为单精度,否则为高精度。所有函数的设计均采用带返回值的形式。 本文包含 1.高精度加法 2.高精度减法 3.高精度乘法 1)高精度乘高精度的朴素算法 2)高精度乘高精度FFT优化算法 3)高精度乘单精度 4.高精度除法 1)高精度除高精度 2)高精度除单精度 5.高精度取模 1)高精度对高精度取模 2)高精度对单精度取模 6.高精度阶乘 7.高精度幂 8.高精度GCD 9.高精度进制转换 下面切入正题 1.高精度加法 传入参数约定:传入参数均为string类型,返回值为string类型 算法思想:倒置相加再还原。 算法复杂度:o(n) #include<iostream> #include<cstring> #include<algorithm> using namespace std; const int L=110; string add(string a,string b)//只限两个非负整数相加 { string ans; int na[L]={0},nb[L]={0}; int la=a.size(),lb=b.size(); for(int i=0;i<la;i++) na[la-1-i]=a[i]-'0'; for(int i=0;i<lb;i++) nb[lb-1-i]=b[i]-'0'; int lmax=la>lb?la:lb; for(int i=0;i<lmax;i++) na[i]+=nb[i],na[i+1]+=na[i]/10,na[i]%=10; if(na[lmax]) lmax++; for(int i=lmax-1;i>=0;i--) ans+=na[i]+'0'; return ans; } int main() { string a,b; while(cin>>a>>b) cout<<add(a,b)<<endl; return 0; } 2.高精度减法 传入参数约定:传入参数均为string类型,返回值为string类型 算法思想:倒置相减再还原。 算法复杂度:o(n) #include<iostream> #include<cstring> #include<algorithm> using namespace std; const int L=110; string sub(string a,string b)//只限大的非负整数减小的非负整数 { string ans; int na[L]={0},nb[L]={0}; int la=a.size(),lb=b.size(); for(int i=0;i<la;i++) na[la-1-i]=a[i]-'0'; for(int i=0;i<lb;i++) nb[lb-1-i]=b[i]-'0'; int lmax=la>lb?la:lb; for(int i=0;i<lmax;i++) { na[i]-=nb[i]; if(na[i]<0) na[i]+=10,na[i+1]--; } while(!na[--lmax]&&lmax>0) ;lmax++; for(int i=lmax-1;i>=0;i--) ans+=na[i]+'0'; return ans; } int main() { string a,b; while(cin>>a>>b) cout<<sub(a,b)<<endl; return 0; } 3.高精度乘法 1)高精度乘高精度的朴素算法 传入参数约定:传入参数均为string类型,返回值为string类型 算法思想:倒置相乘,然后统一处理进位,再还原。 算法复杂度:o(n^2) #include<iostream> #include<cstring> #include<algorithm> using namespace std; const int L=110; string mul(string a,string b)//高精度乘法a,b,均为非负整数 { string s; int na[L],nb[L],nc[L],La=a.size(),Lb=b.size();//na存储被乘数,nb存储乘数,nc存储积 fill(na,na+L,0);fill(nb,nb+L,0);fill(nc,nc+L,0);//将na,nb,nc都置为0 for(int i=La-1;i>=0;i--) na[La-i]=a[i]-'0';//将字符串表示的大整形数转成i整形数组表示的大整形数 for(int i=Lb-1;i>=0;i--) nb[Lb-i]=b[i]-'0'; for(int i=1;i<=La;i++) for(int j=1;j<=Lb;j++) nc[i+j-1]+=na[i]*nb[j];//a的第i位乘以b的第j位为积的第i+j-1位(先不考虑进位) for(int i=1;i<=La+Lb;i++) nc[i+1]+=nc[i]/10,nc[i]%=10;//统一处理进位 if(nc[La+Lb]) s+=nc[La+Lb]+'0';//判断第i+j位上的数字是不是0 for(int i=La+Lb-1;i>=1;i--) s+=nc[i]+'0';//将整形数组转成字符串 return s; } int main() { string a,b; while(cin>>a>>b) cout<<mul(a,b)<<endl; return 0; } 2)高精度乘高精度FFT优化算法 传入参数约定:传入参数均为string类型,返回值为string类型 算法思想:将两个高精度乘数每个数位上的数视为多项式对应的系数,用o(n*log(n))的复杂度转成点值形式,再利用o(n)的复杂度相乘,最后对点值进行差值,用o(n*log(n))的复杂度还原成多项式的形式,即原来的形式。 算法复杂度:o(n*log(n)) #include <iostream> #include <cstdio> #include <algorithm> #include <cstring> #include <cmath> #include <map> #include <queue> #include <set> #include <vector> using namespace std; #define L(x) (1 << (x)) const double PI = acos(-1.0); const int Maxn = 133015; double ax[Maxn], ay[Maxn], bx[Maxn], by[Maxn]; char sa[Maxn/2],sb[Maxn/2]; int sum[Maxn]; int x1[Maxn],x2[Maxn]; int revv(int x, int bits) { int ret = 0; for (int i = 0; i < bits; i++) { ret <<= 1; ret |= x & 1; x >>= 1; } return ret; } void fft(double * a, double * b, int n, bool rev) { int bits = 0; while (1 << bits < n) ++bits; for (int i = 0; i < n; i++) { int j = revv(i, bits); if (i < j) swap(a[i], a[j]), swap(b[i], b[j]); } for (int len = 2; len <= n; len <<= 1) { int half = len >> 1; double wmx = cos(2 * PI / len), wmy = sin(2 * PI / len); if (rev) wmy = -wmy; for (int i = 0; i < n; i += len) { double wx = 1, wy = 0; for (int j = 0; j < half; j++) { double cx = a[i + j], cy = b[i + j]; double dx = a[i + j + half], dy = b[i + j + half]; double ex = dx * wx - dy * wy, ey = dx * wy + dy * wx; a[i + j] = cx + ex, b[i + j] = cy + ey; a[i + j + half] = cx - ex, b[i + j + half] = cy - ey; double wnx = wx * wmx - wy * wmy, wny = wx * wmy + wy * wmx; wx = wnx, wy = wny; } } } if (rev) { for (int i = 0; i < n; i++) a[i] /= n, b[i] /= n; } } int solve(int a[],int na,int b[],int nb,int ans[]) { int len = max(na, nb), ln; for(ln=0; L(ln)<len; ++ln); len=L(++ln); for (int i = 0; i < len ; ++i) { if (i >= na) ax[i] = 0, ay[i] =0; else ax[i] = a[i], ay[i] = 0; } fft(ax, ay, len, 0); for (int i = 0; i < len; ++i) { if (i >= nb) bx[i] = 0, by[i] = 0; else bx[i] = b[i], by[i] = 0; } fft(bx, by, len, 0); for (int i = 0; i < len; ++i) { double cx = ax[i] * bx[i] - ay[i] * by[i]; double cy = ax[i] * by[i] + ay[i] * bx[i]; ax[i] = cx, ay[i] = cy; } fft(ax, ay, len, 1); for (int i = 0; i < len; ++i) ans[i] = (int)(ax[i] + 0.5); return len; } string mul(string sa,string sb) { int l1,l2,l; int i; string ans; memset(sum, 0, sizeof(sum)); l1 = sa.size(); l2 = sb.size(); for(i = 0; i < l1; i++) x1[i] = sa[l1 - i - 1]-'0'; for(i = 0; i < l2; i++) x2[i] = sb[l2-i-1]-'0'; l = solve(x1, l1, x2, l2, sum); for(i = 0; i<l || sum[i] >= 10; i++) // 进位 { sum[i + 1] += sum[i] / 10; sum[i] %= 10; } l = i; while(sum[l] <= 0 && l>0) l--; // 检索最高位 for(i = l; i >= 0; i--) ans+=sum[i] + '0'; // 倒序输出 return ans; } int main() { cin.sync_with_stdio(false); string a,b; while(cin>>a>>b) cout<<mul(a,b)<<endl; return 0; } 3)高精度乘单精度 传入参数约定:传入第一个参数为string类型,,第二个参数为int型,返回值为string类型 算法思想:倒置相乘,然后统一处理进位,再还原。 算法复杂度:o(n) #include<iostream> #include<cstring> #include<algorithm> using namespace std; const int L=100005; int na[L]; string mul(string a,int b)//高精度a乘单精度b { string ans; int La=a.size(); fill(na,na+L,0); for(int i=La-1;i>=0;i--) na[La-i-1]=a[i]-'0'; int w=0; for(int i=0;i<La;i++) na[i]=na[i]*b+w,w=na[i]/10,na[i]=na[i]%10; while(w) na[La++]=w%10,w/=10; La--; while(La>=0) ans+=na[La--]+'0'; return ans; } int main() { string a; int b; while(cin>>a>>b) cout<<mul(a,b)<<endl; return 0; } 4.高精度除法 1)高精度除高精度 传入参数约定:传入第一第二个参数均为string类型,第三个为int型,返回值为string类型 算法思想:倒置,试商,高精度减法。 算法复杂度:o(n^2) #include<iostream> #include<cstring> #include<algorithm> using namespace std; const int L=110; int sub(int *a,int *b,int La,int Lb) { if(La<Lb) return -1;//如果a小于b,则返回-1 if(La==Lb) { for(int i=La-1;i>=0;i--) if(a[i]>b[i]) break; else if(a[i]<b[i]) return -1;//如果a小于b,则返回-1 } for(int i=0;i<La;i++)//高精度减法 { a[i]-=b[i]; if(a[i]<0) a[i]+=10,a[i+1]--; } for(int i=La-1;i>=0;i--) if(a[i]) return i+1;//返回差的位数 return 0;//返回差的位数 } string div(string n1,string n2,int nn)//n1,n2是字符串表示的被除数,除数,nn是选择返回商还是余数 { string s,v;//s存商,v存余数 int a[L],b[L],r[L],La=n1.size(),Lb=n2.size(),i,tp=La;//a,b是整形数组表示被除数,除数,tp保存被除数的长度 fill(a,a+L,0);fill(b,b+L,0);fill(r,r+L,0);//数组元素都置为0 for(i=La-1;i>=0;i--) a[La-1-i]=n1[i]-'0'; for(i=Lb-1;i>=0;i--) b[Lb-1-i]=n2[i]-'0'; if(La<Lb || (La==Lb && n1<n2)) { //cout<<0<<endl; return n1;}//如果a<b,则商为0,余数为被除数 int t=La-Lb;//除被数和除数的位数之差 for(int i=La-1;i>=0;i--)//将除数扩大10^t倍 if(i>=t) b[i]=b[i-t]; else b[i]=0; Lb=La; for(int j=0;j<=t;j++) { int temp; while((temp=sub(a,b+j,La,Lb-j))>=0)//如果被除数比除数大继续减 { La=temp; r[t-j]++; } } for(i=0;i<L-10;i++) r[i+1]+=r[i]/10,r[i]%=10;//统一处理进位 while(!r[i]) i--;//将整形数组表示的商转化成字符串表示的 while(i>=0) s+=r[i--]+'0'; //cout<<s<<endl; i=tp; while(!a[i]) i--;//将整形数组表示的余数转化成字符串表示的</span> while(i>=0) v+=a[i--]+'0'; if(v.empty()) v="0"; //cout<<v<<endl; if(nn==1) return s; if(nn==2) return v; } int main() { string a,b; while(cin>>a>>b) cout<<div(a,b,1)<<endl; return 0; } 1)高精度除单精度 传入参数约定:传入第一参数为string类型,第二个为int型,返回值为string类型 算法思想:模拟手工除法。 算法复杂度:o(n) #include<iostream> #include<algorithm> using namespace std; string div(string a,int b)//高精度a除以单精度b { string r,ans; int d=0; if(a=="0") return a;//特判 for(int i=0;i<a.size();i++) { r+=(d*10+a[i]-'0')/b+'0';//求出商 d=(d*10+(a[i]-'0'))%b;//求出余数 } int p=0; for(int i=0;i<r.size();i++) if(r[i]!='0') {p=i;break;} return r.substr(p); } int main() { string a; int b; while(cin>>a>>b) { cout<<div(a,b)<<endl; } return 0; } 5.高精度取模 1)高精度对高精度取模(以在高精度除高精度中实现,此处不再赘述) 2)高精度对单精度取模 传入参数约定:传入第一参数为string类型,第二个为int型,返回值为string类型 算法思想:利用(a+b)%c=a%c+b%c。 算法复杂度:o(n) #include<iostream> #include<algorithm> using namespace std; int mod(string a,int b)//高精度a除以单精度b { int d=0; for(int i=0;i<a.size();i++) d=(d*10+(a[i]-'0'))%b;//求出余数 return d; } int main() { string a; int b; while(cin>>a>>b) { cout<<mod(a,b)<<endl; } return 0; } 6.高精度阶乘 传入参数约定:传入参数为int型,返回值为string类型 算法思想:高精度乘单精度的简单运用。 算法复杂度:o(n^2) #include<iostream> #include<cstring> #include<algorithm> using namespace std; const int L=100005; int a[L]; string fac(int n) { string ans; if(n==0) return "1"; fill(a,a+L,0); int s=0,m=n; while(m) a[++s]=m%10,m/=10; for(int i=n-1;i>=2;i--) { int w=0; for(int j=1;j<=s;j++) a[j]=a[j]*i+w,w=a[j]/10,a[j]=a[j]%10; while(w) a[++s]=w%10,w/=10; } while(!a[s]) s--; while(s>=1) ans+=a[s--]+'0'; return ans; } int main() { int n; while(cin>>n) cout<<fac(n)<<endl; return 0; } 7.高精度幂 传入参数约定:传入第一参数为string类型,第二个为int型,返回值为string类型 算法思想:FFT高精乘+二分求幂。 算法复杂度:o(n*log(n)*log(m)) #include <iostream> #include <cstdio> #include <algorithm> #include <cstring> #include <cmath> #include <map> #include <queue> #include <set> #include <vector> using namespace std; #define L(x) (1 << (x)) const double PI = acos(-1.0); const int Maxn = 133015; double ax[Maxn], ay[Maxn], bx[Maxn], by[Maxn]; char sa[Maxn/2],sb[Maxn/2]; int sum[Maxn]; int x1[Maxn],x2[Maxn]; int revv(int x, int bits) { int ret = 0; for (int i = 0; i < bits; i++) { ret <<= 1; ret |= x & 1; x >>= 1; } return ret; } void fft(double * a, double * b, int n, bool rev) { int bits = 0; while (1 << bits < n) ++bits; for (int i = 0; i < n; i++) { int j = revv(i, bits); if (i < j) swap(a[i], a[j]), swap(b[i], b[j]); } for (int len = 2; len <= n; len <<= 1) { int half = len >> 1; double wmx = cos(2 * PI / len), wmy = sin(2 * PI / len); if (rev) wmy = -wmy; for (int i = 0; i < n; i += len) { double wx = 1, wy = 0; for (int j = 0; j < half; j++) { double cx = a[i + j], cy = b[i + j]; double dx = a[i + j + half], dy = b[i + j + half]; double ex = dx * wx - dy * wy, ey = dx * wy + dy * wx; a[i + j] = cx + ex, b[i + j] = cy + ey; a[i + j + half] = cx - ex, b[i + j + half] = cy - ey; double wnx = wx * wmx - wy * wmy, wny = wx * wmy + wy * wmx; wx = wnx, wy = wny; } } } if (rev) { for (int i = 0; i < n; i++) a[i] /= n, b[i] /= n; } } int solve(int a[],int na,int b[],int nb,int ans[]) { int len = max(na, nb), ln; for(ln=0; L(ln)<len; ++ln); len=L(++ln); for (int i = 0; i < len ; ++i) { if (i >= na) ax[i] = 0, ay[i] =0; else ax[i] = a[i], ay[i] = 0; } fft(ax, ay, len, 0); for (int i = 0; i < len; ++i) { if (i >= nb) bx[i] = 0, by[i] = 0; else bx[i] = b[i], by[i] = 0; } fft(bx, by, len, 0); for (int i = 0; i < len; ++i) { double cx = ax[i] * bx[i] - ay[i] * by[i]; double cy = ax[i] * by[i] + ay[i] * bx[i]; ax[i] = cx, ay[i] = cy; } fft(ax, ay, len, 1); for (int i = 0; i < len; ++i) ans[i] = (int)(ax[i] + 0.5); return len; } string mul(string sa,string sb) { int l1,l2,l; int i; string ans; memset(sum, 0, sizeof(sum)); l1 = sa.size(); l2 = sb.size(); for(i = 0; i < l1; i++) x1[i] = sa[l1 - i - 1]-'0'; for(i = 0; i < l2; i++) x2[i] = sb[l2-i-1]-'0'; l = solve(x1, l1, x2, l2, sum); for(i = 0; i<l || sum[i] >= 10; i++) // 进位 { sum[i + 1] += sum[i] / 10; sum[i] %= 10; } l = i; while(sum[l] <= 0 && l>0) l--; // 检索最高位 for(i = l; i >= 0; i--) ans+=sum[i] + '0'; // 倒序输出 return ans; } string Pow(string a,int n) { if(n==1) return a; if(n&1) return mul(Pow(a,n-1),a); string ans=Pow(a,n/2); return mul(ans,ans); } int main() { cin.sync_with_stdio(false); string a; int b; while(cin>>a>>b) cout<<Pow(a,b)<<endl; return 0; } 8.高精度GCD 传入参数约定:传入参数均为string类型,返回值为string类型 算法思想:高精度加减乘除的运用。 算法复杂度:已无法估计。 #include<iostream> #include<cstring> #include<algorithm> using namespace std; const int L=110; string add(string a,string b) { string ans; int na[L]={0},nb[L]={0}; int la=a.size(),lb=b.size(); for(int i=0;i<la;i++) na[la-1-i]=a[i]-'0'; for(int i=0;i<lb;i++) nb[lb-1-i]=b[i]-'0'; int lmax=la>lb?la:lb; for(int i=0;i<lmax;i++) na[i]+=nb[i],na[i+1]+=na[i]/10,na[i]%=10; if(na[lmax]) lmax++; for(int i=lmax-1;i>=0;i--) ans+=na[i]+'0'; return ans; } string mul(string a,string b) { string s; int na[L],nb[L],nc[L],La=a.size(),Lb=b.size();//na存储被乘数,nb存储乘数,nc存储积 fill(na,na+L,0);fill(nb,nb+L,0);fill(nc,nc+L,0);//将na,nb,nc都置为0 for(int i=La-1;i>=0;i--) na[La-i]=a[i]-'0';//将字符串表示的大整形数转成i整形数组表示的大整形数 for(int i=Lb-1;i>=0;i--) nb[Lb-i]=b[i]-'0'; for(int i=1;i<=La;i++) for(int j=1;j<=Lb;j++) nc[i+j-1]+=na[i]*nb[j];//a的第i位乘以b的第j位为积的第i+j-1位(先不考虑进位) for(int i=1;i<=La+Lb;i++) nc[i+1]+=nc[i]/10,nc[i]%=10;//统一处理进位 if(nc[La+Lb]) s+=nc[La+Lb]+'0';//判断第i+j位上的数字是不是0 for(int i=La+Lb-1;i>=1;i--) s+=nc[i]+'0';//将整形数组转成字符串 return s; } int sub(int *a,int *b,int La,int Lb) { if(La<Lb) return -1;//如果a小于b,则返回-1 if(La==Lb) { for(int i=La-1;i>=0;i--) if(a[i]>b[i]) break; else if(a[i]<b[i]) return -1;//如果a小于b,则返回-1 } for(int i=0;i<La;i++)//高精度减法 { a[i]-=b[i]; if(a[i]<0) a[i]+=10,a[i+1]--; } for(int i=La-1;i>=0;i--) if(a[i]) return i+1;//返回差的位数 return 0;//返回差的位数 } string div(string n1,string n2,int nn)//n1,n2是字符串表示的被除数,除数,nn是选择返回商还是余数 { string s,v;//s存商,v存余数 int a[L],b[L],r[L],La=n1.size(),Lb=n2.size(),i,tp=La;//a,b是整形数组表示被除数,除数,tp保存被除数的长度 fill(a,a+L,0);fill(b,b+L,0);fill(r,r+L,0);//数组元素都置为0 for(i=La-1;i>=0;i--) a[La-1-i]=n1[i]-'0'; for(i=Lb-1;i>=0;i--) b[Lb-1-i]=n2[i]-'0'; if(La<Lb || (La==Lb && n1<n2)) { //cout<<0<<endl; return n1;}//如果a<b,则商为0,余数为被除数 int t=La-Lb;//除被数和除数的位数之差 for(int i=La-1;i>=0;i--)//将除数扩大10^t倍 if(i>=t) b[i]=b[i-t]; else b[i]=0; Lb=La; for(int j=0;j<=t;j++) { int temp; while((temp=sub(a,b+j,La,Lb-j))>=0)//如果被除数比除数大继续减 { La=temp; r[t-j]++; } } for(i=0;i<L-10;i++) r[i+1]+=r[i]/10,r[i]%=10;//统一处理进位 while(!r[i]) i--;//将整形数组表示的商转化成字符串表示的 while(i>=0) s+=r[i--]+'0'; //cout<<s<<endl; i=tp; while(!a[i]) i--;//将整形数组表示的余数转化成字符串表示的</span> while(i>=0) v+=a[i--]+'0'; if(v.empty()) v="0"; //cout<<v<<endl; if(nn==1) return s; if(nn==2) return v; } bool judge(string s)//判断s是否为全0串 { for(int i=0;i<s.size();i++) if(s[i]!='0') return false; return true; } string gcd(string a,string b)//求最大公约数 { string t; while(!judge(b))//如果余数不为0,继续除 { t=a;//保存被除数的值 a=b;//用除数替换被除数 b=div(t,b,2);//用余数替换除数 } return a; } int main() { cin.sync_with_stdio(false); string a,b; while(cin>>a>>b) cout<<gcd(a,b)<<endl; return 0; } 9.高精度进制转换 传入参数约定:传入第一个参数为string类型,第二第三均为int型,返回值为string类型 算法思想:模拟手工进制转换。 算法复杂度:o(n^2)。 #include<iostream> #include<algorithm> using namespace std; //将字符串表示的10进制大整数转换为m进制的大整数 //并返回m进制大整数的字符串 bool judge(string s)//判断串是否为全零串 { for(int i=0;i<s.size();i++) if(s[i]!='0') return 1; return 0; } string solve(string s,int n,int m)//n进制转m进制只限0-9进制,若涉及带字母的进制,稍作修改即可 { string r,ans; int d=0; if(!judge(s)) return "0";//特判 while(judge(s))//被除数不为0则继续 { for(int i=0;i<s.size();i++) { r+=(d*n+s[i]-'0')/m+'0';//求出商 d=(d*n+(s[i]-'0'))%m;//求出余数 } s=r;//把商赋给下一次的被除数 r="";//把商清空 ans+=d+'0';//加上进制转换后数字 d=0;//清空余数 } reverse(ans.begin(),ans.end());//倒置下 return ans; } int main() { string s; while(cin>>s) { cout<<solve(s,10,7)<<endl; } return 0; } ACM-高精度模板(综合篇) 标签:高精度