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歐幾里得演算法求逆元

發布時間:2023-01-14 17:00:05

1. 歐幾里德演算法是什麼啊

歐幾里德演算法
歐幾里德演算法又稱輾轉相除法,用於計算兩個整數a,b的最大公約數。其計算原理依賴於下面的定理:

定理:gcd(a,b) = gcd(b,a mod b)

證明:a可以表示成a = kb + r,則r = a mod b
假設d是a,b的一個公約數,則有
d|a, d|b,而r = a - kb,因此d|r
因此d是(b,a mod b)的公約數

假設d 是(b,a mod b)的公約數,則
d | b , d |r ,但是a = kb +r
因此d也是(a,b)的公約數

因此(a,b)和(b,a mod b)的公約數是一樣的,其最大公約數也必然相等,得證。

歐幾里德演算法就是根據這個原理來做的,其演算法用C++語言描述為:

void swap(int & a, int & b)
{
int c = a;
a = b;
b = c;
}
int gcd(int a,int b)
{
if(0 == a )
{
return b;
}
if( 0 == b)
{
return a;
}
if(a > b)
{
swap(a,b);
}
int c;
for(c = a % b ; c > 0 ; c = a % b)
{
a = b;
b = c;
}
return b;
}
參考資料:internet

2. 擴展歐幾里得演算法求乘法逆元1234

Q X1 X2 X3 Y1 Y2 Y31 0 4321 0 1 12343 0 1 1234 1 -3 6191 1 -3 619 -1 4 6151 -1 4 615 2 -7 4153 2 -7 4 -307 1075 31 -307 1075 2 309 -1082 14321-1082=3239

3. 在有限域中怎麼求一個多項式的逆元

把生成這個有限域的生成多項式作為模多項式,用輾轉相除法(歐幾里得演算法)不停模生成多項式得余式直到1(肯定是1啊,因為給出的多項式有逆元,和模多項式互質的)。(可能模多項式次數比給出的多項式次數高,第一步除以模多項式,商式是0,余式是給出的多項式)
然後如同求ax=1(mod m)一樣反向進行,把1用模多項式和給出的多項式的「線性組合」表示出來,給出的多項式的「系數」多項式就是這個多項式的逆元啦。

可以檢查一下算錯沒有,求出逆元後和給出的多項式在模生成多項式下相乘,看是否等於1。

過程中涉及多項式長除法,挺費紙的。
我在網路搜到幾篇博客,都是通過mod(x^(n/2))找到與mod(x^n)的關系,求解方法還涉及FFT,這應該屬於偏工程的演算法吧,沒仔細看不是很清楚。

4. 歐幾里得輾轉相除法

輾轉相除法, 又名歐幾里德演算法(Euclidean algorithm),是求最大公約數的一種方法。它的具體做法是:用較大數除以較小數,再用出現的余數(第一餘數)去除除數,再用出現的余數(第二餘數)去除第一餘數,如此反復,直到最後余數是0為止。如果是求兩個數的最大公約數,那麼最後的除數就是這兩個數的最大公約數。 另一種求兩數的最大公約數的方法是更相減損法。輾轉相除法是用來計算兩個整數的最大公約數。假設兩個整數為a和b,他們的公約數可以表示為gcd(a,b)。如果gcd(a,b) = c,則必然a = mc和b = nc。a除以b得商和余數,余數r可以表示為r = a - bk,k這里是系數。因為c為 a和b的最大公約數,所以c也一定是r的最大公約數,因為r = mc - nck = (m-nk)c。
因此gcd(a,b) = gcd(b,r),相當於把較大的一個整數用一個較小的余數替換了,這樣不斷地迭代,直到余數為0,則找到最大公約數。
舉例兩個整數為1071和462:
第一步:1071 / 462 = 2 * 462 + 147
第二步:462 / 147 = 3 * 147 + 21
第三步:147 / 21 = 7 * 21 + 0
此時余數為零,則21為兩個數的最大公約數。
貝祖公式表明對於任意兩個整數a和b,都可以找到一對可為負的整數x和y,可以使等式xa + yb = m,其中m為a和b的最大公約數,合理性稍加思考可得。如果m為1說明a和b互素。所以在互素的情況下,xa + yb = 1。這個等式對於求乘法逆元有很大的幫助。
那麼如何通過貝祖公式及擴展歐幾里得演算法來求乘法逆元呢?舉一個例子來描述什麼是乘法逆元。如果ab mod m = 1,或者可以表示為ab ≡ 1 mod m,這里b就是a關於模數m的乘法逆元。計算乘法逆元的方法就是擴展歐幾里得演算法,以下通過一個例子來幫助理解:
假設我們要求3 關於模26的乘法逆元(隱含了3和26的最大公約數為1,即互素)。當a = 3,b = 26,則根據貝祖公式,存在整數x和y,3x + 26y = 1。
思路就是等號兩邊同時mod 26,等式則變成(3x + 26y) mod 26 = 1 mod 26,根據模運算的性質(a + b) mod m = (a mod m + b mod m) mod m。
所以展開等式(3x mod 26 + 26y mod 26) mod 26 = 1 mod 26。化簡最終得到(3x mod 26) mod 26 = 1 mod 26。我們發現3x mod 26 = 1正好符合了乘法逆元的定義,所以歐幾里得演算法就是解x的關鍵。
下面將通過輾轉相除法來求x:
第一步:26 = 3 * 8 + 2
第二步:3 = 2 * 1 + 1
統一將余數換到等號左邊:
2 = 26 - 3 * 8
1 = 3 - 2 * 1
將第一行的2替換到第二行,保證等式左邊永遠為1,等式右邊變成僅由3x + 26y組成。
1 = 3 - (26 - 3 * 8) * 1 = 3 * 9 + (-1) * 26
可得x = 9
最後9就是3關於模26的乘法逆元。它可以應用於仿射加密
附:仿射加密的公式e(x) = ax + b mod m, 其中a與m互素, b為移動距離。
仿射解密公式d(x) = a-1(x - b) mod m

5. 【總結】逆元的求法



由費馬小定理得:

那麼將就可以將 拆成 ,得:

根據逆元的定義 就是 的逆元
然而 就可以用快速冪來求
source:

根據上面對逆元的解釋:
利用擴展歐幾里得演算法:
那麼對於數 的逆元就是用擴歐找到一個 使
source:

以下公式都應該是在模p意義下的
因為



挪一下再調個邊

那麼

,這數學公式用的好爽!
參考博客: boshi 基本是抄的

6. 用c語言編寫擴展歐幾里德演算法用來求乘法逆元ab=1 mod(n) 要求我輸入b,n,求出a。請編譯運行通過,謝謝啦

這是一個錯誤的演算法啊

7. 點的逆元怎麼求

1、首先可以使用擴展歐幾里得演算法求點的逆元。
2、其次可以使用費馬小定理或者歐拉定理求點的逆元。
3、最後可以使用遞推求點的逆元。

8. 素數定理-歐幾里得演算法-乘法逆元

          素數定理給出的是估計素數個數的方法:

          設π(x)是小於x的素數的個數,則

          π(x)≈x/lnx

          eg:

               64位二進製表示的素數的個數為

              

     (1)歐拉定理

           提及歐拉定理,需要先引出歐拉函數的定義:

           歐拉函數Φ(n)是定義在正整數上的函數,Φ(n)的值等於序列0,1,2,3,…,n-1中與n互素的數的個數

           歐拉函數的性質:

                   (1)m的素數時,有Φ(m)=m-1

                   (2)m=pq,且p和q均是素數時,有Φ(m)=Φ(p)Φ(q)=(p-1)(q-1)

                   (3)若m和n互素,則Φ(m×n)=Φ(m)×Φ(n)

                   (4)若p是一個素數,則Φ(p^e)=p^e-p^(e-1)

                   (5)

         由歐拉函數可以延伸出歐拉定理的內容:

                    歐拉定理:

                              對於任何互素的兩個整數a和n,有

                                        1(mod n) 

                              如果n=p是素數,則有

                                        1(mod p)

                             顯然歐拉定理可以看成是費馬定理的推廣形式。

                    歐拉定理可以用來簡化冪的模運算

                    Eg:

                           求 的後三位數字

                          解:     (mod 1000)的結果

                                 

                                       有 (mod 1000)

     (2)費馬定理

           如果p是素數,a是正整數,且gcd(a,p)=1,那麼

                   1(mod p)

          另一種形式:

               如果p是素數,a是任意正整數,則對gcd(a,p)=1,有

                   (mod p)

     (3)二次探測定理

          如果p是一個素數,且0<x<p,則方程 1(mod p)的解為 x = -1、p-1。

          即如果符合 1(mod p),那麼p很有可能是素數,但是仍不能肯定p就是素數。

     (1)Wilson定理

          對於給定的正整數n,判斷n是一個素數的充要條件是 -1(mod n)。

          雖然是充要條件,且Wilson的定理有很高的的理論介質。因為帶有階乘,在檢測的時候計算量大,不適合檢測較大素數的檢測。

     (2)米勒-拉賓演算法

          米勒-拉賓演算法是一個多項式演算法,能以接近概率1保證判斷結果的正確性。

          Miller-Rabin(n)

          把n-1寫成 ,其中m是一個奇數

          選取隨機整數a,使得

               (mod n)

               If (mod n)

                    Return (『n是素數』)

               End

               For i=0到k-1

                    If b≡-1(mod n)

                         Return (『n是素數』)

                    Else

                         b=b^2(mod n)

                    End

               End

                    Return(『n是合數』)

歐幾里得演算法描述:

          兩個整數用a,b表示,商用q表示,余數用r表示

          Step1      取a,b較大者為a,較小者為b

          Step2      做除法,計算並保留余數r=mod(a,b)

          Step3      將原來的除數改做被除數,余數作為除數a=b,b=r

          重復Step1和Step2直到r=0,返回b

乘法逆元的定義:

          假設gcd(a,n)=1,則存在整數s,使得 (mod n),即s是a(mod n)的乘法逆元素。

     關於ax+by=d

          設a和b是兩個正整數(至少有一個非零),d=gcd(a,b),則存在整數x和y使得ax+by=d成立,如果a、b互素,那 么存在整數x和y使得ax+by=1成立,此時可以求出ax≡1(mod b)中的x,即為逆元。

擴展歐幾里得演算法:

構造兩個數列:

       

        Eg:

                 求28mod75的乘法逆元(a=75,b=28)

                      gcd(28,75)=1 所以存在逆元

                      75=2×28+19

                      28=1×19+9

                      19=2×9+1

                      9=9×1+0 

                      3×78+(-8)×28=1 

                      所以28mod75的乘法逆元為-8

    中國剩餘定理完整版

           Eg:

                   已知下列同餘方程組,求解x

                   第一步:求M

                         M=2×3×5×7=210

                   第二步:求

                       

                   第三步:求

                        1(mod )(i=1,2,...,k)

                   第四步:

                         (mod M)

                         (105×1×1+70×1×2+42×3×3+30×4×5)(mod 210)

                         173(mod 210)

9. 用C語言編制的求模逆元的擴展歐幾里德演算法,只要能基本上實現這個功能就行

  1. 擴展歐幾里德演算法是用來在已知a, b求解一組x,y,使它們滿足貝祖等式: ax+by = gcd(a, b) =d(解一定存在,根據數論中的相關定理)。擴展歐幾里德常用在求解模線性方程及方程組中。

  2. 下面是一個使用C語言的實現:

    intexGcd(inta,intb,int&x,int&y)
    {
    if(b==0)//當b==0時,得到解
    {
    x=1;y=0;
    returna;
    }
    intr=exGcd(b,a%b,x,y);//遞歸調用自身,求解
    intt=x;x=y;y=t-a/b*y;
    returnr;
    }
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