快速乘，快速幂和矩阵快速幂
快速乘
引用：https://blog.csdn.net/kahcc/article/details/89334674
我们可以把b拆为一个二进制数。
首先我们可以将指数b转换为一个二进制数。
例如b=9，对应的二进制数为1001。那么我们可以得到\(9=1*2^3+0*2^2+0*2^1+1*2^0\)
那么便可以得出性质1：\(a*9=a*(2^3+2^0)\)
根据这个性质我们便可以做快速乘了。
对于快速乘来说。
我们用ans记录当前的答案，用b&1判断当前位为1，还是为0。
根据性质1我们可以知道，如果当前我们推到的二进制数的位数上是1（例如9转换为二进制数后的第0位和第3位），那么\(ans = ans + a * 2\)，否则ans不用更新。
而无论ans是否更新，a和b都需要继续判断下一步（即需要更新）。
其中，b需要判断高一位是否为1（即右移一位），a需要往前进一位（即左移一位，\(2^0->2^1\)）
public static int qmul_num(int a, int b) {
int ans = 0;
while (b != 0) {
if ((b & 1) != 0) {
ans += a;
}
b >>= 1;
a <<= 1;
}
return ans;
}
如果是快速模乘的话，多一步取模：
public static int qmul_mod(int a, int b, int mod) {
int ans = 0;
while (b != 0) {
if (((b %= mod) & 1) != 0) {
ans += a %= mod;
}
b >>= 1;
a <<= 1;
}
return ans % mod;
}
快速幂
求 \(a^b%m\) 的值，这个用普通算法我就不说了，时间复杂度O(b)。神奇的快速幂，时间复杂度O（logb）.
我们已知 \(2^3\) 求 \(2^6\),不就是 \(2^3 * 2^3\)嘛。快速幂就是这个原理。
那有同学问了遇到奇数怎么办？\(2 ^ 5\)??
那不就是 \(2 * 2 ^ 4\) 这不就成了嘛。
所以这就是快速幂的基本思路求\(a ^ b\).
原理：
1）当b是奇数时，那么有 \(a^b = a * a^{(b-1)}\)
2）当b是偶数时，那么有 \(a^b = a^{(b/2)} * a^{(b/2)}\)
举个例子？
2 ^10 =
2^10 = 2^5 * 2^5
2^5 = 2 * 2^4
2^4 = 2^2 * 2^2
2^2 = 2^1 * 2^1
2^1 = 2 * 2^0
根据这两个条件写递归式:
typedef long long ll;
ll binaryPow(ll a, ll b, ll m) {
ll temp;
if (b == 0)
return 1;
else if (b % 2 == 1)
temp = a * binaryPow(a, b - 1, m) % m;
else {
temp = binaryPow(a, b / 2, m) % m;
temp = temp * temp % m;
}
return temp;
}
其中
b % 2 == 1
可换成
b & 1
此为按位与，判断b的末尾是否为1 ，因此当b 为奇数时 b & 1 返回为1，if条件成立，这样执行速度更快。
+－一般使用2个CPU时钟,位运算 只要1个,* 要4个,/ 要40个
针对不同的题目，有两个细节需要注意
1）如果初始值a 大于 m ，那么需要在进入函数前就让a 对 m 取模，
2）若果m 为 1，可以直接在函数外部特判为 0，不需要进入函数来计算。（因为任何数对1 取模都是0）。
快速幂的迭代写法
对于 \(a ^ b\)来说，若果把 b 写成2 进制，那么b 就可以写成若干二次幂之和，如13 的二进制 1101，于是3 号位 、2号位、0号位就都是1，那么就可以得到\(13 = 2^3 + 2^2 + 2^1 = 8 + 4 + 1\)。所以\(a ^{13} = a^8 * a^4 * a^1\)。
通过同样的推导，我们可以把任意的\(a^b\) 表示成 \(a^{(2^k)}……、a^8、a^4、a^2、a^1\)中若干的乘积。若果二进制的i号位为1.那么想中的\(a^{(2^i)}\)就被选中。于是可以得到计算\(a^b\)的大致思路：令i 从0到k枚举b的二进制的每一位，如果为1 那就累计\(a^{(2^i)}\)。注意 \(a^{(2^k)}……、a^8、a^4、a^2、a^1\)前一项总是等于后一项的平方。
具体步骤：
（1）初始令ans = 1,用来存放累积的结果。
（2）判断b的二进制末尾是否为1 ，（及判断 b&1 是否为 1），也可以理解为判断b是否为奇数。如果是的话，令ans乘上a的值。
（3）令a平方，并使b右移一位，（也可以理解为，b/2）
（4）只要b大于0，就返回（2）。
代码：
ll binaryPow(ll a, ll b, ll m) {
ll ans = 1;
while (b > 0) {
if (b & 1) {
ans = ans * a % m;
}
a = a * a % m;
b = b >> 1;
}
return ans;
}
矩阵快速幂
类似于快速幂方法。
引用：https://blog.csdn.net/red_red_red/article/details/90208713
//定义矩阵
struct node {
int mat[15][15];
}x,y;
//矩阵乘法
node mul(node x,node y){
node tmp;
for(int i=0;i<len;i++){
for(int j=0;j<len;j++){
tmp.mat [i][j]=0;
for(int k=0;k<len;k++){
tmp.mat [i][j]+=(x.mat [i][k]*y.mat [k][j])%mod;
}
tmp.mat [i][j]=tmp.mat[i][j]%mod;
}
}
return tmp;
//矩阵快速幂
node matpow(node x,node y,int num){
while(num){
if(num&1){
y=mul(y,x);
}
x=mul(x,x);
num=num>>1;
}
return y;
}
