0

0

C++怎么实现快速幂算法_C++模幂运算优化【数学】

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2026-02-23 14:53:07

|

337人浏览过

|

来源于php中文网

原创

pow()不能用于大数模幂,因其为浮点运算、精度丢失、不支持取模、易溢出且时间复杂度为o(b);应手写迭代快速幂,注意base取模、防乘法溢出、位运算判断奇偶。

c++怎么实现快速幂算法_c++模幂运算优化【数学】

为什么 pow() 不能直接用于大数模幂

因为标准库的 std::pow() 是浮点运算,精度丢失严重,且不支持取模;对大整数(比如 10^9+7 下的 a^b)会立即溢出或返回 inf。它根本不是为模幂设计的。

  • 输入是 double,中间结果无法精确表示大整数
  • 没有内置取模逻辑,你没法在每一步截断数值
  • 时间复杂度是线性的(O(b)),而快速幂要的是 O(log b)

手写快速幂:核心循环怎么写才不出错

关键不是递归,而是迭代——避免栈溢出,也更容易控制模运算时机。每次把指数右移,底数平方,只在当前位为 1 时乘进结果。

long long mod_pow(long long base, long long exp, long long mod) {
    long long res = 1;
    base %= mod;  // 先取模,防 base >= mod
    while (exp > 0) {
        if (exp & 1) res = (__int128)res * base % mod;  // 防乘法溢出
        base = (__int128)base * base % mod;
        exp >>= 1;
    }
    return res;
}
  • base %= mod 必须做,否则第一次平方就可能溢出
  • (__int128) 强转是 GCC/Clang 常见方案,避免 long long * long long 溢出;若编译器不支持,得手写乘法取模(如倍增加法)
  • 别用 exp % 2 == 1exp & 1 更快且语义更准

mod 不是质数时,还能用快速幂吗

能。快速幂本身和模数是否为质数完全无关——它只是个计算 a^b % m 的算法,不依赖费马小定理或逆元。唯一要求是 m > 0 且所有中间乘法可被正确截断。

  • 欧拉定理(a^φ(m) ≡ 1 (mod m))才需要 gcd(a,m)==1,但那是用来降幂的,不是快速幂本身
  • 如果 am 不互质,mod_pow(a, b, m) 依然正确,只是无法用 φ(m) 简化指数
  • 注意:若 m == 1,结果恒为 0,建议提前判断

常见报错:runtime error: signed integer overflow

这几乎一定发生在 base * baseres * base 这两处。64 位 long long 最大约是 9e18,而两个 1e9 级数字相乘就超了。

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

  • 别信“我模数是 1e9+7,所以值不会大”——中间乘积远大于模数
  • __int128 不是标准 C++,MSVC 不支持;跨平台项目需 fallback 到龟速乘(binary multiplication)
  • 测试时务必覆盖边界:如 mod_pow(1000000000, 1000000000, 1000000007),这是最易崩的用例

快速幂看着只有十来行,但溢出点、模处理时机、类型选择这三个地方,只要漏一个,结果就全错——而且往往还测不出来,因为小数据刚好蒙对。

热门AI工具

更多
DeepSeek
DeepSeek

幻方量化公司旗下的开源大模型平台

豆包大模型
豆包大模型

字节跳动自主研发的一系列大型语言模型

通义千问
通义千问

阿里巴巴推出的全能AI助手

腾讯元宝
腾讯元宝

腾讯混元平台推出的AI助手

文心一言
文心一言

文心一言是百度开发的AI聊天机器人,通过对话可以生成各种形式的内容。

讯飞写作
讯飞写作

基于讯飞星火大模型的AI写作工具,可以快速生成新闻稿件、品宣文案、工作总结、心得体会等各种文文稿

即梦AI
即梦AI

一站式AI创作平台,免费AI图片和视频生成。

ChatGPT
ChatGPT

最最强大的AI聊天机器人程序,ChatGPT不单是聊天机器人,还能进行撰写邮件、视频脚本、文案、翻译、代码等任务。

相关专题

更多
scripterror怎么解决
scripterror怎么解决

scripterror的解决办法有检查语法、文件路径、检查网络连接、浏览器兼容性、使用try-catch语句、使用开发者工具进行调试、更新浏览器和JavaScript库或寻求专业帮助等。本专题为大家提供相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

391

2023.10.18

500error怎么解决
500error怎么解决

500error的解决办法有检查服务器日志、检查代码、检查服务器配置、更新软件版本、重新启动服务、调试代码和寻求帮助等。本专题为大家提供相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

341

2023.10.25

c++怎么把double转成int
c++怎么把double转成int

本专题整合了 c++ double相关教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

294

2025.08.29

C++中int、float和double的区别
C++中int、float和double的区别

本专题整合了c++中int和double的区别,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

105

2025.10.23

堆和栈的区别
堆和栈的区别

堆和栈的区别:1、内存分配方式不同;2、大小不同;3、数据访问方式不同;4、数据的生命周期。本专题为大家提供堆和栈的区别的相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

422

2023.07.18

堆和栈区别
堆和栈区别

堆(Heap)和栈(Stack)是计算机中两种常见的内存分配机制。它们在内存管理的方式、分配方式以及使用场景上有很大的区别。本文将详细介绍堆和栈的特点、区别以及各自的使用场景。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章欢迎大家前来学习阅读。

595

2023.08.10

overflow什么意思
overflow什么意思

overflow是一个用于控制元素溢出内容的属性,当元素的内容超出其指定的尺寸时,overflow属性可以决定如何处理这些溢出的内容。本专题为大家提供相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

1821

2024.08.15

页面置换算法
页面置换算法

页面置换算法是操作系统中用来决定在内存中哪些页面应该被换出以便为新的页面提供空间的算法。本专题为大家提供页面置换算法的相关文章,大家可以免费体验。

467

2023.08.14

pixiv网页版官网登录与阅读指南_pixiv官网直达入口与在线访问方法
pixiv网页版官网登录与阅读指南_pixiv官网直达入口与在线访问方法

本专题系统整理pixiv网页版官网入口及登录访问方式,涵盖官网登录页面直达路径、在线阅读入口及快速进入方法说明,帮助用户高效找到pixiv官方网站,实现便捷、安全的网页端浏览与账号登录体验。

1030

2026.02.13

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程
C# 教程
C# 教程

共94课时 | 10万人学习

C 教程
C 教程

共75课时 | 4.9万人学习

C++教程
C++教程

共115课时 | 18.9万人学习

关于我们 免责申明 举报中心 意见反馈 讲师合作 广告合作 最新更新
php中文网:公益在线php培训,帮助PHP学习者快速成长!
关注服务号 技术交流群
PHP中文网订阅号
每天精选资源文章推送

Copyright 2014-2026 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号