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POJ - 1601 - 青蛙的约会 - (扩展欧几里得解同余方程)

热度:67   发布时间:2024-01-12 15:30:22.0

AC链接:http://poj.org/problem?id=1061

参考:

http://blog.csdn.net/loi_dqs/article/details/49488851

http://blog.renren.com/share/341541251/14518239244/0

解析:

线性同余方程

同余方程即:ax≡b(mod m),a、b、m都是整数,求解x。
上面的表达式也就是(ax-b)modm=0
求解原理:

对于ax≡b(modm),存在ax+by=gcd(a,b),x、y是整数。
1
、gcd(a,b)=gcd(b,a mod b)


2
、有ax+by=gcd(a,b)=gcd(b,a mod b)
而gcd(b,a mod b)=bx'+(amod b)y'=ay'+b(x'-a div b*y')//最后等号一步就是打开括号整理
从而ay'+b(x'-a divb*y')=ax+by
所以可以得到x=y', y=x'-adiv b*y'


3
、求解ax≡b(mod m),就可以在递归的时候由x、y堆砌求到
并且我们知道,a、b不全为0,令a>b,当b=0时,gcd(a,b)=a,此时解为x=1,y=0。
这是递归求解的最底层,是无数解当中的最小解。

 

对于一个式子ax+by=n,如果gcd(a,b) mod n0,便不存在整数解xy


对于本题:

我们可以设在两只青蛙跳了s次之后相遇。则方程为:(x+m*s)-(y+n*s)=k*L(k=0,1,2....);

可以化解为(n-m)*s+k*L=x-y; (公式一)
我们令a=n-m,b=L,c=x-y;
可以得到式子a*s+b*k=c(这里的s,k就相当于上面线性同余方程的x,y)我们要求的便是这个s值。

但我们用扩展欧几里得算法算的是方程(n-m)*s’+k’*L=gcd(n-m,L)(公式二)的解(s’,k’),想要得到s只需联立两个公式得s=s’*(x-y)/gcd(n-m,L),

 (按照扩展欧几里得算法我们得到s’代表一个解系,那么s也是代表一个解系,我们需要在其中找到最小解。)


进一步得到题目答案即最小解:s=[s’*(x-y)/gcd(n-m,L)]%(L/ gcd(n-m,L))

这里进一步的证明如下:

设要解的方程(求x)是:

a*x1+b*y1=c

而我们已经解得

a*x+b*y=gcd(a,b)=d

此时将第二个方程左右同时乘c/d,则可得:

a*x?cd+b*y?cd=c

所以:

x1=x?cd

这样并没有完,因为这只是一组解,我们要求最小正整数解。

我们知道:若一组 < x,y > 是ax+by=c的一组解,那么

<x?bd,y+ad>

也是原方程的一组解。

这样我们只需要让解得的x不断减b/d,直到再减就为负数时,所得的x就是我们要的解。 
其实这个过程就是模运算,所以最小正整数解就是:

x1=(x?cd)modbd

还有一种证法。对于这个式子:

ax1+by1=c

我们可以让等式两边同时除以d,则:

adx1+bdy1=cd

相当于化简,此时对结果无影响,求就好了。


由于x≠y显然当n==m是无解,如果c mod gcd(a,b)≠0(即(x-y) mod gcd(n-m,L)≠0)也无解,输出'Impossible'(无整数解)


代码:

#include<iostream> #include<string> #include<cstdio> #include<algorithm> #include<cmath> #include<iomanip> #include<queue> #include<cstring> #include<map> using namespace std; typedef long long ll; ll n,m,x,y,L; ll extend_Euclide(ll a,ll b,ll &x,ll &y) {if(b==0){x=1; y=0;return a;}ll t=extend_Euclide(b,a%b,x,y);ll temp=x;x=y;y=temp-(a/b)*y;return t; }int main() {ll res,ans,tmp;while(scanf("%lld%lld%lld%lld%lld",&x,&y,&m,&n,&L)!=EOF){if(m==n){printf("Impossible\n");continue;}ll gcd=extend_Euclide(n-m,L,res,tmp); //解方程(n-m)*s+k*L=gcd(n-m,L),这里gcd就是gcd(n-m,L),res就是s,tmp就是k,(s,k)是一组解if((x-y)%gcd){printf("Impossible\n");}else{ll mod=L/gcd;ans=(res*(x-y)/gcd%mod+mod)%mod;//求最小解printf("%lld\n",ans);}}return 0; }