连分数

对于连分数，我们可以表示为：

对于无理数，ai一定是无穷数列，反之，对于有理数，ai一定是有穷数列。

对于上式中的p与q，有递推式：

而对于sqrt(n)来说，ai中的首项为一个单独的整数，除了它后面的都会循环。

下面我们来分析一个关于连分数的题目。

题目：连分数

题意：给两个整数n和k，n<=10^6，k<=10^9，sqrt(n)可以表示为连分数，求满足数列到ak的结果。

分子分母对1000000007取余。

对于这个问题，当然是先求出数列ai，求这个直接倒啊倒。

关键是有了这个ai数列，如何求到第k位的结果。这个当然有循环节，然后在一个循环节内是可以先处理出结果。

然后再计算有多少个这样的循环节，这部分就可以快速幂，剩下的部分就直接multi暴力吧。

此过程中还有一个重要的点，就是：

怎么处理的？

在本题由于sqrt(n)的整数部分没有存进a数组，我们知道p1=a1，p2=a1a2+1，所以我们把上述矩阵表示为：

所以这样完全就解决问题了，如果是q，最后面那个矩阵应该是0，1

 

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <algorithm>
#include <math.h>

using namespace std;
typedef long long LL;
const int N=50005;
const double eps=1e-8;
const LL MOD=1000000007;

LL a[N];
LL cnt;

struct Matrix
{
    LL m[2][2];
};

Matrix per={1,0,0,1};

Matrix multi(Matrix a,Matrix b)
{
    int i,j,k;
    Matrix c;
    for(i=0;i<2;i++)
    {
        for(j=0;j<2;j++)
        {
            c.m[i][j]=0;
            for(k=0;k<2;k++)
                c.m[i][j]+=a.m[i][k]%MOD*b.m[k][j]%MOD;
            c.m[i][j]%=MOD;
        }
    }
    return c;
}

Matrix matrix_mod(Matrix a,LL k)
{
    Matrix p=a,ans=per;
    while(k)
    {
        if(k&1)
        {
            ans=multi(ans,p);
            k--;
        }
        k>>=1;
        p=multi(p,p);
    }
    return ans;
}

LL gcd(LL a,LL b)
{
    return b? gcd(b,a%b):a;
}

void Loop(LL n)
{
    double k=sqrt(n*1.0);
    LL q=1,p=(LL)k,tmp=1;
    double first=k-p;
    while(1)
    {
        tmp=q;
        q=n-p*p;
        LL G=gcd(tmp,q);
        q/=G;tmp/=G;
        k=(sqrt(1.0*n)+p)*tmp/q;
        a[cnt++]=(LL)k;
        p=abs(p-a[cnt-1]*q);
        if(fabs(k-a[cnt-1]-first)<eps) break;
    }
}

int main()
{
    LL n,k,p,q,x,y;
    Matrix ans1,ans2,ans3,A;
    while(cin>>n>>k)
    {
        k++;
        cnt=0;
        Loop(n);
        ans1=ans2=per;
        A.m[0][1]=1;
        A.m[1][0]=1;
        A.m[1][1]=0;
        for(int i=cnt-1;i>=0;i--)
        {
            A.m[0][0]=a[i];
            ans1=multi(ans1,A);
        }
        x=k%cnt;
        y=k/cnt;
        ans1=matrix_mod(ans1,y);
        for(int i=x-1;i>=0;i--)
        {
            A.m[0][0]=a[i];
            ans2=multi(ans2,A);
        }
        ans3=multi(ans2,ans1);
        p=ans3.m[1][0]%MOD;
        q=ans3.m[1][1]%MOD;
        LL tmp=q; q=p;
        p=((LL)sqrt(n*1.0)%MOD*p%MOD+tmp)%MOD;
        cout<<p<<"/"<<q<<endl;
    }
    return 0;
}