问题13 大数乘法三解

常用的程序设计语言中都提供算术表达式功能,直接使用即可。


【资料图】

发明计算机最初的目的,计算弹道,密码破译,都是为了高效的计算。

程序设计初学者往往认为算术运算是非常简单的事。但是,当计算的数很大(位数很多)时,就不是一件简单的事情了,需要结合计算方法和算法设计两方面的知识,才能让计算机高效的计算“大”数。

本章,作者针对求两个大整数的精确乘问题,介绍了三种风格迥异的方法。

第一种方法,利用字符串(存储大整数)和列表(存储中间结果和最后的乘积),让计算机直接模拟手工“长乘法”。这个算法理论上不受乘数大小的限制。

计算机执行一次乘法操作的时间远远大于加法操作的时间。如何减小大数乘法中乘法操作的次数,可以提高大数乘法的执行效率。

本章介绍的第二种方法是Karatsuba算法(书中的名字打错了)是一种快速乘法算法。算法采用了分治法的策略,使用三个较小数字的乘法来计算两个大数的乘积的公式(我第一次在算法书中看到时,大为震撼)。它将算法的复杂度从n的平方量级降到log23

本章介绍的第三种方法,称为“中国余数定理”(来源与《孙子算经》),把两个大的乘数分解到一些互素的模上,然后通过解同余方程组,就可得到相应的乘积。这种方法可以大幅度降低乘数的位数,从而提高执行效率。

【作者感受】

学计算机的人,都是数学还不错的,不过每次看到这样的章节,总觉得数学还学得不够,难怪,有人推荐,本科学数学,研究生再进入计算机领域。在计算机领域中混,数学不好真不行。

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