URAL 1132

  • Post author:
  • Post category:其他




题目大意:

很直接,解K个一元二次同余方程:x^2=a(mod n)(gcd(a,n)=1,n为素数)(有解x升序输出,无解输出”No root”(不包含双引号))。





Time Limit:


1000


MS


Memory Limit:


65536


KB


64bit IO Format:


%I64d & %I64u







数据规模:




K<=100000,


1<=a,n<=32767。




理论基础:





定理1:如果



a为整数,n


为素数时




,那么a^(n-1)-a


是n的倍数,可以表示为a^(n-1)=a(mod n);


如果



a



不是



n



的倍数,这个定理也可以写成a^(n-1)=1(mod n).








定理2:当n不整除a,n为奇素数时,





a^((n-1)/2)


模n


的余数必然是1或-1。





定理3:当n不整除a,


n为奇素数时,


方程


x^2=a(mod n)有解<==>a^((n-1)/2)=1(mod n),此时a称之为n的二次剩余类。相反无解<==>

a^((n-1)/2)=-1(或者用n-1表示)(mod n)

(欧拉准则),此时称a为n的非二次剩余类;







题目分析:


典型的数论数学题,自学解法(构造递归法求解)即可。





这里做一下详细介绍。有问题可以和我一起探讨。





首先:我们构造Q,S使得:n-1=Q*2^S,Q为奇数,S为自然数。





那么:a^(Q*2^S)=1(mod n)(费马小定理);





接下来记:r=a^((Q+1)/2)(mod n),t=a^Q(mod n)。





我们可以发现:r^2=at(mod n),看到这一步,你大概明白了。





这时候如果t=1,那么x1=r(mod n),x2=-r(mod n)将是原方程的两个解。





还可以看出:x1+x2=n;问题转化为如何将t变为1呢?我们采用递归的方法。





如果t!=1;我们需要找一个n的非二次剩余z与一个中间量c,其中c=z^Q(mod n);





然后c^(2^S)=z^(Q*2^S)=z^(p-1)=1(mod n)(又是费马小定理);





而c^(2^(S-1))=z^(Q*2^(S-1))=z^((p-1)/2)=-1(mod n)(二次非剩余的定义),所以c的阶(参见原根,链接4)为2^S;



又因为:t^(2^S)=1(mod n)(t的定义+费马小定理),所以假设t的阶为2^S’,那么

2^S’|2^S(原根的性质),



又因为a是n的平方剩余,



而t=a^Q(mod n),



所以t也是n的平方剩余,



所以t^(Q*2^(S-1))=1(mod n),



所以t的2^(S-1)次方也对n取模为1,



所以:S'<=S-1;



此时,若令:



b=c^((2^(S-1-S’))(mod n),



r’=b*r(mod n),



c’=b*b(mod n),



t’=c’*t。



这时:r’^2=a*t'(mod n)仍然成立,c’和t含有相同的阶2^S’,也就意味t’仍有一个2^S”的阶,S”<=S’-1,一切都回到了原点,不一样的是S变小了!!!



这样重复下去,S就会一直变小,想想当S=0时,不就有t=1(mod n)了吗?那就可以返回x的值了。



呼呼~好累,看的给个掌声,或者表情吧。让我有些慰藉。



吐舌头








代码如下:






#include<iostream>
#include<cstring>
#include<string>
#include<cstdlib>
#include<cstdio>
#include<cmath>
#include<algorithm>
#include<queue>
using namespace std;
typedef double db;
#define DBG 1
#define maa (1<<31)
#define mii ((1<<31)-1)
#define sl(c) ((int)(c).size())    //取字符串长度;
#define forl(i, a, b) for(int i = (a); i <  (b); ++i)    //不带边界值循环,正序
#define forle(i, a, b) for(int i = (a); i <= (b); ++i)   //带边界值循环,正序
#define forh(i, a, b) for(int i = (a); i >  (b); --i)     //不带边界值,逆序
#define forhe(i, a, b) for(int i = (a); i >= (b); --i)        //带边界值,逆序
#define forlc(i, a, b) for(int i##_b = (b), i = (a); i <  i##_b; ++i)  //带别名的循环,用于不可改变值
#define forlec(i, a, b) for(int i##_b = (b), i = (a); i <= i##_b; ++i)
#define forgc(i, a, b) for(int i##_b = (b), i = (a); i >  i##_b; --i)
#define forgec(i, a, b) for(int i##_b = (b), i = (a); i >= i##_b; --i)
#define forall(i, v   )  forl(i, 0, sz(v))   //循环所有
#define forallc(i, v   ) forlc(i, 0, sz(v))
#define forlla(i, v   ) forhe(i, sz(v)-1, 0)
#define forls(i, n, a, b) for(int i = a; i != b; i = n[i])   //搜表用
#define rep(n)  for(int               repp = 0; repp <    (n); ++repp)
#define repc(n) for(int repp_b = (n), repp = 0; repp < repp_b; ++repp)
#define rst(a, v) memset(a, v, sizeof a)   //把字符v填充到a  reset 重置
#define cpy(a, b) memcpy(a, b, sizeof a)   //copy b 的sizeof(a)个字符到a
#define rstn(a, v, n) memset(a, v, (n)*sizeof((a)[0]))  //把字符v填充到a[n]之前的字节
#define cpyn(a, b, n) memcpy(a, b, (n)*sizeof((a)[0]))    //copy b 的 n 个字符到a
#define ast(b) if(DBG && !(b)) { printf("%d!!|\n", __LINE__); while(1) getchar(); }  //调试
#define dout DBG && cout << __LINE__ << ">>| "
#define pr(x) #x"=" << (x) << " | "
#define mk(x) DBG && cout << __LINE__ << "**| "#x << endl
#define pra(arr, a, b)  if(DBG) {\
    dout<<#arr"[] |" <<endl; \
    forlec(i, a, b) cout<<"["<<i<<"]="<<arr[i]<<" |"<<((i-(a)+1)%8?" ":"\n"); \
    if((b-a+1)%8) puts("");\
}                                                             //数列查看
#define rd(type, x) type x; cin >> x   //读数
inline int     rdi() { int d; scanf("%d", &d); return d; }
inline char    rdc() { scanf(" "); return getchar(); }
inline string  rds() { rd(string, s); return s; }
inline db rddb() { db d; scanf("%lf", &d); return d; }
template<class T> inline bool updateMin(T& a, T b) { return a>b? a=b, true: false; }
template<class T> inline bool updateMax(T& a, T b) { return a<b? a=b, true: false; }

typedef long long LL;
LL pow_mod(LL a,LL b,LL p)
{
    LL res=1;
    while(b>0)
    {
        if(b&1)res=(res*a)%p;
        a=(a*a)%p;
        b>>=1;
    }
    return res;
}

LL solve(LL a,LL p)
{
    LL Q=p-1,S=0;
    while(Q%2==0)
    {
        S++;
        Q>>=1;
    }
    if(S==1)return pow_mod(a,(p+1)/4,p);
    LL z;
    while(1)
    {
        z = 1 + rand()%(p - 1);
        if(pow_mod(z, (p - 1)/2,p) != 1) break;
    }
    LL c = pow_mod(z, Q , p);
    LL R = pow_mod(a, (Q + 1)/2, p);
    LL t = pow_mod(a, Q, p);
    LL M = S, b,i;
    while(1)
    {
        if(t%p==1)break;
        for(i=1;i<M;i++)if(pow_mod(t,1<<i,p)==1)break;
        b=pow_mod(c,1<<(M-i-1),p);
        R=(R*b)%p;
        c=(b*b)%p;
        t=(t*c)%p;
        M=i;
    }
    return R;
}

int main()
{
    LL a,p,i;
    int T;
    scanf("%d",&T);
    while(T--)
    {
        scanf("%I64d%I64d",&a,&p);
        if(p==2)
        {
            if(a%p==1)printf("1\n");
            else printf("No root\n");
            continue;
        }
        if(pow_mod(a, (p-1)/2,p) != 1)
        {
            puts("No root");
            continue;
        }
        i=solve(a,p);
        if(p-i==i)printf("%I64d\n",i);
        else printf("%I64d %I64d\n",min(i,p-i),max(i,p-i));
    }
	return 0;
}


其中,为了直观,所以讲n用p(prime)存储,而且首先讨论了p不是奇素数的问题,原因是定理的条件限制。


by: Jsun_moon

http://blog.csdn.net/Jsun_moon



参考文献:





http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%B4%B9%E9%A9%AC%E5%B0%8F%E5%AE%9A%E7%90%86







http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%AD%90%E6%8B%89%E5%88%A4%E5%88%A5%E6%B3%95





http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%AD%90%E6%8B%89%E5%88%A4%E5%88%A5%E6%B3%95



http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8E%9F%E6%A0%B9





http://www.cnblogs.com/vongang/archive/2012/11/01/2749871.html





版权声明:本文为u011629906原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明。