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算法剩余定理孙子定理的应用,孙氏定理 数学

时间:2023-05-06 16:07:35 阅读:261719 作者:226

借15级上机的一道题数论の重逢来总结一下中国剩余定理

先举一个小例子

问题:今有物不知其数,三三数之剩二,五五数之剩三,七七数之剩二。问物几何?

说明白一点就是说,存在一个数x,除以3余2,除以5余三,除以7余二,然后求这个数。上面给出了解法。再明白这个解法的原理之前,需要先知道一下两个定理。

定理1:几个数相加,如果存在一个加数,不能被数a整除,那么它们的和,就不能被整数a整除。

定理2:两数不能整除,若除数扩大(或缩小)了几倍,而被除数不变,则其商和余数也同时扩大(或缩小)相同的倍数(余数必小于除数)。

现给出求解该问题的具体步骤:

求出最小公倍数(这里讨论的都是两两互质的情况)

lcm=3*5*7=105

求各个数所对应的基础数

观察求每个数对应的基础数时候的步骤,比如第一个。105÷3=35。显然这个35是除了当前这个数不能整除以外都能够被其他数整除,就是其他数的最小公倍数。相当于找到了最小的开始值,用它去除以3发现正好余2。那么这个基础数就是35。

105÷3=35

35÷3=11……2 //基础数35

记住35的特征,可以整除其他数但是不能被3整除,并且余数是2。体现的还不够明显,再看下5对应的基础数。21是其他数的最小公倍数,但是不能被5整除,用21除以5得到的余数是1,而要求的数除以5应该是余1的。所以余数被扩大,就得到了相应的基础数63。

105÷5=21

21÷5=4……1

定理2把1扩大3倍得到3,那么被除数也扩大3倍,得到21*3=63//基础数63

记住这个数的特征,可以被其他数整除但是被5除应该余三。同理,我们得到了第三个基础数30,那么他的特征就是:可以被其他数整除,但是不能被7整除,并且余数为2。

105÷7=15

15÷7=2……1

定理2把1扩大2倍得到2,那么被除数也扩大2倍,得到15*2=30//基础数30

基础数加和(注意:基础数不一定就是正数)

35+63+30=128

对于3来说,可以把63+30的和看作一个整体,应该他们都可以被3整除。看着上面写出的三个数的特征,运用定理1来说,就是在35的基础上加上一个可以被3整除的倍数,那么得到的结果依然还是满足原先的性质的,就是128除以同样还是余2的。同理,对于5还说,这个数被除之后会剩余3;对于7来说,被除之后剩余2。所以说,我们当前得到的这个数是满足题目要求的一个数。但是这个数是不是最小的,那就不一定了。

减去最小公倍数lcm(在比最小公倍数大的情况下)

x=128-105=23

应该不能确定是不是最小的数,这个时候就要用到他们的最小公倍数了。最小公倍数顾名思义,一定是一个同时被几个数整除的最小的一个数,所以减去它剩余下来的余数还是符合题意要求的。当然也同样可以运用定理1来解释,只不过是加法变成了减法,道理还是一样的。当然具体要不要减还是要看和lcm的大小关系的。

那么满足题意得最小的数就是23了。

总之,就是已知m1,m2,m3是两两互质的正整数,求最小的正整数x,使它被m1,m2,m3除所得的余数分别是c1,c2,c3。孙子定理的思想便是线分别求出被其中数mi整除余1而被两外两个数整除的数Mi(i=1,2,3),则所求数之一的便是c1M1+c2M2+c3M3。由此我们可以得到n个两两互质数的情况。证明上面已经一步一步给出。

那么对于这道题的代码就是

//// main.cpp// 数论の重逢//// Created by Angus on 2017/12/21.// Copyright © 2017年 Angus. All rights reserved.//#include <iostream>#include <cstdio>#include <algorithm>using namespace std;//参数可为负数的扩展和谐的大雁定理void exOJLD(long long a, long long b, long long &x, long long &y){ //根据和谐的大雁定理 if(b == 0){//任意数与0的最大公约数为其本身。 x = 1; y = 0; } else{ long long x1, y1; exOJLD(b, a % b, x1, y1); if(a*b < 0) {//异号取反 x = - y1; y = a / b * y1 - x1; }else{//同号 x = y1; y = x1 - a / b * y1; } }}//剩余定理long long calSYDL(long long a[], long long m[], long long k){ long long N[k];//这个可以删除 long long mm = 1;//最小公倍数 long long result = 0; for(long long i = 0; i < k; i++){ mm *= m[i]; } for(long long j = 0; j < k; j++){ long long L, J; exOJLD(mm / m[j], -m[j], L, J); N[j] = m[j] * J + 1;//1 N[j] = mm / m[j] * L;//2 【注】1和2这两个值应该是相等的。 result += N[j] * a[j]; } return (result % mm + mm) % mm;//落在(0, mm)之间,这么写是为了防止result初始为负数,本例中不可能为负可以直接 写成:return result%mm;即可。}int main(int argc, const char * argv[]) { // insert code here... long long p, e, i; while(~scanf("%lld%lld%lld", &p, &e,&i)) { long long a[3] = {p, e, I};//余数 long long m[3] = {25, 28, 33};//除数 printf("%lldn",calSYDL(a, m, 3));//余数数组,除数数组,数组元素个数 } return 0;}

参考资料
中国剩余定理(孙子定理)详解
中国剩余定理(孙子定理)的证明和c++求解

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