浅谈BSGS(大步小步)及其扩展
用途:
一般用来求a^x\equiv b\,\,(mod\,p)的最小正整数解,其中gcd(a,p)=1
设u=\lceil sqrt(p)\rceil,则式子可以转化为a^{iu-j}\equiv b\,\,(mod\,p),其中i\in[1,u],j\in[0,u)
于是a^{iu}\equiv a^jb\,\,(mod\,p),我们就可以枚举j,存到map中,再枚举i判重就行了
不过当存在不同的j使a^jb\,mod\,p相同时,我们记录较大的(因为j越大答案越小嘛)
简易原理:
费马小定理:若gcd(x,p)=1,则有\\x^{p-1}\equiv1\,\,(mod\,p),得到x^p\equiv x\,\,(mod\,p)
所以当指数不小于p时,mod p的值会形成循环
Code:
#include<bits/stdc++.h>
#define ll long long
using namespace std;
map<int,int> mp;
int read(){
int x=0,f=1;char ch=getchar();
while(!isdigit(ch)){if(ch=='-')f=-f;ch=getchar();}
while(isdigit(ch)){x=x*10+ch-48;ch=getchar();}
return x*f;
}
int quickpow(int a,int b,int p){
int re=1;
while(b){if(b&1) re=1ll*re*a%p;a=1ll*a*a%p;b>>=1;}
return re;
}
void solve(){
int p=read(),a=read(),b=read();
if(a%p==0){puts("Couldn't Produce!");return ;}
if(b==1){puts("0");return ;}
int u=sqrt(p)+1,v=b;mp.clear();
for(int i=0;i<u;i++)
mp[v]=i,v=1ll*v*a%p;
int w=quickpow(a,u,p);v=1;
for(int i=1;i<=u;i++){v=1ll*v*w%p;
if(mp.count(v)){
printf("%d\n",i*u-mp[v]);
return ;
}
}puts("Couldn't Produce!");
}
int main(){
int T=read();
while(T--) solve();
return 0;
}
扩展:
可以看到BSGS是有着局限性的,即必须满足gcd(a,p)=1
那么当gcd(a,p)!=1时呢?我们设d=gcd(a,p)
Step1:
我们首先判断b是否满足d|b,若不满足,由裴蜀定理可知无解
Step2:
式子转化为:
a^{x-k}\frac{a^k}{\Pi_{i=1}^kd_i}\equiv \frac{b}{\Pi_{i=1}^kd_i}\,\,(mod\,\,\frac{p}{\Pi_{i=1}^kd_i})
令c=\frac{a^k}{\Pi_{i=1}^kd_i},b'=\frac{b}{\Pi_{i=1}^kd_i},p‘=\frac{p}{\Pi_{i=1}^kd_i},若c=b',则直接输出k
Step3:
令d=gcd(a,p'),若d\ne 1,则返回step1,不过b变成了b'
全部完成后,我们得到式子:a^{x-k}c\equiv b'\,\,(mod\,\,p'),此时满足gcd(a,p')=1
那么我们便可以直接BSGS了
Code:
#include<bits/stdc++.h>
#include<unordered_map>
#define ll long long
using namespace std;
unordered_map<int,int> mp;
inline int read(){
int x=0,f=1;char ch=getchar();
while(!isdigit(ch)){if(ch=='-')f=-f;ch=getchar();}
while(isdigit(ch)){x=x*10+ch-48;ch=getchar();}
return x*f;
}
inline int gcd(int x,int y){
if(y>x) swap(x,y);
while(y){swap(x,y);y=y%x;}
return x;
}
inline int quickpow(int a,int b,int p){
int re=1;
while(b){if(b&1) re=1ll*re*a%p;a=1ll*a*a%p;b>>=1;}
return re;
}
inline void solve(int a,int p,int b){
if(p==1){puts("0");return ;}
if(b==1){puts("0");return ;}
int d=gcd(a,p),flag=0,k=0,c=1;
while(d^1){
if(b%d){
puts("No Solution");
flag=1;break;
}p/=d,b/=d,++k;
c=1ll*c*(a/d)%p;
if(b==c){
printf("%d\n",k);
flag=1;break;
}d=gcd(a,p);
}if(flag) return ;
mp.clear();
int u=sqrt(p)+1,v=b;
for(int i=0;i<u;i++)
mp[v]=i,v=1ll*v*a%p;
v=c,c=quickpow(a,u,p);
for(int i=1;i<=u;i++){
v=1ll*v*c%p;
if(mp.count(v)){
printf("%d\n",i*u-mp[v]+k);
return ;
}
}puts("No Solution");
}
int main(){
while(1){
int a=read(),p=read(),b=read();
if(a==0&&b==0&&p==0) return 0;
a%=p;b%=p;solve(a,p,b);
}
}
话说为什么unordered_map比map快这么多啊,不过有时候编译会出锅...
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