poj1811

题意：给定一个64位整数，问是否为质数，如果不是，则输出其最小因子。

分析：

经典题！！

数学题

miller_rabbin素数判定。若不是，则pollard_rho分解质因子，找到最小即可。

Miller-rabin

Miller-rabin算法是一个用来快速判断一个正整数是否为素数的算法。它利用了费马小定理，即：如果p是质数，且a，p互质，那么a^(p-1) mod p恒等于1。也就是对于所有小于p的正整数a来说都应该复合a^(p-1) mod p恒等于1。那么根据逆否命题，对于一个p，我们只要举出一个a（a<p）不符合这个恒等式，则可判定p不是素数。Miller-rabin算法就是多次用不同的a来尝试p是否为素数。

但是每次尝试过程中还做了一个优化操作，以提高用少量的a检测出p不是素数的概率。这个优化叫做二次探测。它是根据一个定理：如果p是一个素数，那么对于x(0<x<p)，若x^2 mod p 等于1，则x=1或p-1。逆否命题：如果对于x(0<x<p)，若x^2 mod p 不等于1，则p不是素数。根据这个定理，我们要计算a^(p-1) mod p是否等于1时，可以这样计算，设p-1=(2^t) * k。我们从a^k开始，不断将其平方直到得到a^(p-1)，一旦发现某次平方后mod p等于1了，那么说明符合了二次探测定理的逆否命题使用条件，立即检查x是否等于1或p-1，如果不是则可直接判定p为合数。

 

pollard-rho

这是一个用来快速对整数进行质因数分解的算法，需要与Miller-rabin共同使用。求n的质因子的基本过程是，先判断n是否为素数，如果不是则按照一个伪随机数生成过程来生成随机数序列，对于每个生成的随机数判断与n是否互质，如果互质则尝试下一个随机数。如果不互质则将其公因子记作p，递归求解p和n/p的因子。如果n是素数则直接返回n为其素因子。

至于这个随机数序列是如何生成的暂时还不能理解，而且也是有多种不同的方式。这个序列生成过程中会产生循环，遇到循环则立即退出。

 

#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
#include <cstring>
#include <iostream>
constint S=20;
usingnamespace std;

typedef longlong LL;
#define maxn 10000

LL factor[maxn];
int tot;

LL muti_mod(LL a,LL b,LL c){    //返回(a*b) mod c,a,b,c<2^63
    a%=c;
    b%=c;
    LL ret=0;
    while (b){
        if (b&1){
            ret+=a;
            if (ret>=c) ret-=c;
        }
        a<<=1;
        if (a>=c) a-=c;
        b>>=1;
    }
    return ret;
}

LL pow_mod(LL x,LL n,LL mod){  //返回x^n mod c ,非递归版
if (n==1) return x%mod;
    int bit[64],k=0;
    while (n){
        bit[k++]=n&1;
        n>>=1;
    }
    LL ret=1;
    for (k=k-1;k>=0;k--){
        ret=muti_mod(ret,ret,mod);
        if (bit[k]==1) ret=muti_mod(ret,x,mod);
    }
    return ret;
}

bool check(LL a,LL n,LL x,LL t){   //以a为基，n-1=x*2^t，检验n是不是合数
    LL ret=pow_mod(a,x,n),last=ret;
    for (int i=1;i<=t;i++){
        ret=muti_mod(ret,ret,n);
        if (ret==1&& last!=1&& last!=n-1) return1;
        last=ret;
    }
    if (ret!=1) return1;
    return0;
}

bool Miller_Rabin(LL n){
    LL x=n-1,t=0;
    while ((x&1)==0) x>>=1,t++;
    bool flag=1;
    if (t>=1&& (x&1)==1){
        for (int k=0;k<S;k++){
            LL a=rand()%(n-1)+1;
            if (check(a,n,x,t)) {flag=1;break;}
            flag=0;
        }
    }
    if (!flag || n==2) return0;
    return1;
}

LL gcd(LL a,LL b){
    if (a==0) return1;
    if (a<0) return gcd(-a,b);
    while (b){
        LL t=a%b; a=b; b=t;
    }
    return a;
}

LL Pollard_rho(LL x,LL c){
    LL i=1,x0=rand()%x,y=x0,k=2;
    while (1){
        i++;
        x0=(muti_mod(x0,x0,x)+c)%x;
        LL d=gcd(y-x0,x);
        if (d!=1&& d!=x){
            return d;
        }
        if (y==x0) return x;
        if (i==k){
            y=x0;
            k+=k;
        }
    }
}

void findfac(LL n){           //递归进行质因数分解N
if (!Miller_Rabin(n)){
        factor[tot++] = n;
        return;
    }
    LL p=n;
    while (p>=n) p=Pollard_rho(p,rand() % (n-1) +1);
    findfac(p);
    findfac(n/p);
}

int main(){
    srand(time(NULL));
    int t;
    scanf("%d",&t);
    while (t--){
        LL n;
        scanf("%I64d",&n);
        if (!Miller_Rabin(n)) printf("Prime\n");
        else{
            tot =0;
            findfac(n);
            LL ans=n;
            for (int i =0; i < tot; i++)
                ans = min(ans, factor[i]);
            printf("%lld\n",ans);
        }
    }
}