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authorMZuenni <michi.zuendorf@gmail.com>2023-02-14 17:49:01 +0100
committerMZuenni <michi.zuendorf@gmail.com>2023-02-14 17:49:01 +0100
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rearranged math
-rw-r--r--math/linearRecurence.cpp3
-rw-r--r--math/math.tex227
-rw-r--r--math/millerRabin.cpp15
-rw-r--r--math/rho.cpp5
-rw-r--r--math/transforms/all.cpp3
-rw-r--r--tcr.pdfbin646775 -> 646588 bytes
6 files changed, 126 insertions, 127 deletions
diff --git a/math/linearRecurence.cpp b/math/linearRecurence.cpp
index 83c4e05..3e1f812 100644
--- a/math/linearRecurence.cpp
+++ b/math/linearRecurence.cpp
@@ -1,5 +1,6 @@
constexpr ll mod = 1000000007;
-vector<ll> modMul(const vector<ll>& a, const vector<ll>& b, const vector<ll>& c) {
+vector<ll> modMul(const vector<ll>& a, const vector<ll>& b,
+ const vector<ll>& c) {
ll n = sz(c);
vector<ll> res(n * 2 + 1);
for (int i = 0; i <= n; i++) { //a*b
diff --git a/math/math.tex b/math/math.tex
index edaebd1..d648582 100644
--- a/math/math.tex
+++ b/math/math.tex
@@ -8,6 +8,25 @@
\sourcecode{math/longestIncreasingSubsequence.cpp}
\end{algorithm}
+\begin{algorithm}{Zykel Erkennung}
+ \begin{methods}
+ \method{cycleDetection}{findet Zyklus von $x_0$ und Länge in $f$}{b+l}
+ \end{methods}
+ \sourcecode{math/cycleDetection.cpp}
+\end{algorithm}
+
+\begin{algorithm}{Permutationen}
+ \begin{methods}
+ \method{kthperm}{findet $k$-te Permutation \big($k \in [0, n!$)\big)}{n\*\log(n)}
+ \end{methods}
+ \sourcecode{math/kthperm.cpp}
+ \begin{methods}
+ \method{permIndex}{bestimmt Index der Permutation \big($\mathit{res} \in [0, n!$)\big)}{n\*\log(n)}
+ \end{methods}
+ \sourcecode{math/permIndex.cpp}
+\end{algorithm}
+\clearpage
+
\subsection{Mod-Exponent und Multiplikation über $\boldsymbol{\mathbb{F}_p}$}
%\vspace{-1.25em}
%\begin{multicols}{2}
@@ -41,15 +60,6 @@
\textbf{Sonst $\boldsymbol{\ggT(n, p) > 1}$:}\quad Es existiert kein $x^{-1}$.
\sourcecode{math/multInv.cpp}
-\begin{algorithm}{Lineare Kongruenz}
- \begin{itemize}
- \item Löst $ax\equiv b\pmod{m}$.
- \item Weitere Lösungen unterscheiden sich um \raisebox{2pt}{$\frac{m}{g}$}, es gibt
- also $g$ Lösungen modulo $m$.
- \end{itemize}
- \sourcecode{math/linearCongruence.cpp}
-\end{algorithm}
-
\paragraph{Lemma von \textsc{Bézout}}
Sei $(x, y)$ eine Lösung der diophantischen Gleichung $ax + by = d$.
Dann lassen sich wie folgt alle Lösungen berechnen:
@@ -66,73 +76,13 @@ sich alle Lösungen von $x^2-ny^2=c$ berechnen durch:
x_{k+1}&\coloneqq \overline{x}x_k+n\overline{y}y_k, & y_{k+1}&\coloneqq\overline{x}y_k+\overline{y}x_k
\end{align*}
-
-\begin{algorithm}{Zykel Erkennung}
- \begin{methods}
- \method{cycleDetection}{findet Zyklus von $x_0$ und Länge in $f$}{b+l}
- \end{methods}
- \sourcecode{math/cycleDetection.cpp}
-\end{algorithm}
-
-\begin{algorithm}{Permutationen}
- \begin{methods}
- \method{kthperm}{findet $k$-te Permutation \big($k \in [0, n!$)\big)}{n\*\log(n)}
- \end{methods}
- \sourcecode{math/kthperm.cpp}
- \begin{methods}
- \method{permIndex}{bestimmt Index der Permutation \big($\mathit{res} \in [0, n!$)\big)}{n\*\log(n)}
- \end{methods}
- \sourcecode{math/permIndex.cpp}
-\end{algorithm}
-
-\begin{algorithm}{Lineare-Recurenz}
- \begin{methods}
- \method{BerlekampMassey}{Berechnet eine lineare Recurenz $n$-ter Ordnung}{n^2}
- \method{}{aus den ersten $2n$ Werte}{}
- \end{methods}
- \sourcecode{math/berlekampMassey.cpp}
- Sei $f(n)=c_{n-1}f(n-1)+c_{n-2}f(n-2)+\dots + c_0f(0)$ eine lineare Recurenz.
-
- \begin{methods}
- \method{kthTerm}{Berechnet $k$-ten Term einer Recurenz $n$-ter Ordnung}{\log(k)\cdot n^2}
- \end{methods}
- \sourcecode{math/linearRecurence.cpp}
- Alternativ kann der \mbox{$k$-te} Term in \runtime{n^3\log(k)} berechnet werden:
- $$\renewcommand\arraystretch{1.5}
- \setlength\arraycolsep{3pt}
- \begin{pmatrix}
- c_{n-1} & c_{n-2} & \smash{\cdots} & \smash{\cdots} & c_0 \\
- 1 & 0 & \smash{\cdots} & \smash{\cdots} & 0 \\
- 0 & \smash{\ddots} & \smash{\ddots} & & \smash{\vdots} \\
- 0 & \smash{\ddots} & \smash{\ddots} & \smash{\ddots} & \smash{\vdots} \\
- 0 & \smash{\cdots} & 0 & 1 & 0 \\
- \end{pmatrix}^k
- \times~~
- \begin{pmatrix}
- f(n-1) \\
- f(n-2) \\
- \smash{\vdots} \\
- \smash{\vdots} \\
- f(0) \\
- \end{pmatrix}
- ~~=~~
- \begin{pmatrix}
- f(n-1+k) \\
- f(n-2+k) \\
- \smash{\vdots} \\
- \smash{\vdots} \\
- f(k) \makebox[0pt][l]{\hspace{15pt}$\vcenter{\hbox{\huge$\leftarrow$}}$}\\
- \end{pmatrix}
- $$
-\end{algorithm}
-
-
-\begin{algorithm}{Matrix-Exponent}
- \begin{methods}
- \method{precalc}{berechnet $m^{2^b}$ vor}{\log(b)\*n^3}
- \method{calc}{berechnet $m^b_{y,x}$}{\log(b)\cdot n^2}
- \end{methods}
- \sourcecode{math/matrixPower.cpp}
+\begin{algorithm}{Lineare Kongruenz}
+ \begin{itemize}
+ \item Löst $ax\equiv b\pmod{m}$.
+ \item Weitere Lösungen unterscheiden sich um \raisebox{2pt}{$\frac{m}{g}$}, es gibt
+ also $g$ Lösungen modulo $m$.
+ \end{itemize}
+ \sourcecode{math/linearCongruence.cpp}
\end{algorithm}
\begin{algorithm}{Chinesischer Restsatz}
@@ -140,9 +90,9 @@ sich alle Lösungen von $x^2-ny^2=c$ berechnen durch:
\item Extrem anfällig gegen Overflows. Evtl. häufig 128-Bit Integer verwenden.
\item Direkte Formel für zwei Kongruenzen $x \equiv a \bmod n$, $x \equiv b \bmod m$:
\[
- x \equiv a - y \cdot n \cdot \frac{a - b}{d} \bmod \frac{mn}{d}
- \qquad \text{mit} \qquad
- d := \ggT(n, m) = yn + zm
+ x \equiv a - y \cdot n \cdot \frac{a - b}{d} \bmod \frac{mn}{d}
+ \qquad \text{mit} \qquad
+ d := \ggT(n, m) = yn + zm
\]
Formel kann auch für nicht teilerfremde Moduli verwendet werden.
Sind die Moduli nicht teilerfremd, existiert genau dann eine Lösung,
@@ -153,10 +103,18 @@ sich alle Lösungen von $x^2-ny^2=c$ berechnen durch:
\sourcecode{math/chineseRemainder.cpp}
\end{algorithm}
+\begin{algorithm}{Primzahltest \& Faktorisierung}
+ \method{isPrime}{prüft ob Zahl prim ist}{\log(n)^2}
+ \sourcecode{math/millerRabin.cpp}
+ \method{rho}{findet zufälligen Teiler}{\sqrt[\leftroot{3}\uproot{2}4]{n}}
+ \sourcecode{math/rho.cpp}
+ %\method{squfof}{findet zufälligen Teiler}{\sqrt[\leftroot{4}\uproot{2}4]{n}}
+ %\sourcecode{math/squfof.cpp}
+\end{algorithm}
+
\begin{algorithm}{Teiler}
\begin{methods}
- \method{countDivisors}{Zählt Teiler von $n$}{n^\frac{1}{3}}
- \method{isPrime}{prüft ob Zahl prim ist}{1}
+ \method{countDivisors}{Zählt Teiler von $n$}{\sqrt[\leftroot{3}\uproot{2}3]{n}}
\end{methods}
\sourcecode{math/divisors.cpp}
\end{algorithm}
@@ -191,32 +149,10 @@ sich alle Lösungen von $x^2-ny^2=c$ berechnen durch:
\sourcecode{math/discreteNthRoot.cpp}
\end{algorithm}
-\subsection{Primzahlzählfunktion $\boldsymbol{\pi}$}
-\begin{methods}
- \method{init}{berechnet $\pi$ bis $N$}{N\*\log(\log(N))}
- \method{phi}{zählt zu $p_i$ teilerfremde Zahlen $\leq n$ für alle $i \leq k$}{???}
- \method{pi}{zählt Primzahlen $\leq n$ ($n < N^2$)}{n^{2/3}}
-\end{methods}
-\sourcecode{math/piLehmer.cpp}
-\clearpage
-\subsection{LGS über $\boldsymbol{\mathbb{F}_p}$}
-\method{gauss}{löst LGS}{n^3}
-\sourcecode{math/lgsFp.cpp}
-\subsection{LGS über $\boldsymbol{\mathbb{R}}$}
-\sourcecode{math/gauss.cpp}
-\begin{algorithm}{Primzahltest \& Faktorisierung}
- \method{isPrime}{prüft ob Zahl prim ist}{\log(n)^2}
- \sourcecode{math/millerRabin.cpp}
- \method{rho}{findet zufälligen Teiler}{\sqrt[\leftroot{3}\uproot{2}4]{n}}
- \sourcecode{math/rho.cpp}
- %\method{squfof}{findet zufälligen Teiler}{\sqrt[\leftroot{4}\uproot{2}4]{n}}
- %\sourcecode{math/squfof.cpp}
-\end{algorithm}
-
\begin{algorithm}{Primzahlsieb von \textsc{Eratosthenes}}
\begin{itemize}
\item Kann erweitert werden: Für jede Zahl den \{kleinsten, größten\} Primfaktor speichern, Liste von Primzahlen berechnen
@@ -247,25 +183,40 @@ sich alle Lösungen von $x^2-ny^2=c$ berechnen durch:
Die Anzahl der Subsequences mit $\ggT=1$ ist gegeben durch $\sum_{i = 1}^N \mu(i) \cdot (2^{cnt[i]} - 1)$.
\sourcecode{math/mobius.cpp}
\end{algorithm}
-\clearpage
+\columnbreak
\subsection{\textsc{Euler}sche $\boldsymbol{\varphi}$-Funktion}
\begin{itemize}
\item Zählt die relativ primen Zahlen $\leq n$.
-
+
\item Multiplikativ:
$\gcd(a,b) = 1 \Longrightarrow \varphi(a) \cdot \varphi(b) = \varphi(ab)$
-
+
\item $p$ prim, $k \in \mathbb{N}$:
$~\varphi(p^k) = p^k - p^{k - 1}$
-
+
\item \textbf{\textsc{Euler}'s Theorem:}
- Für $b \geq \varphi(c)$ gilt: $a^b \equiv a^{b \bmod \varphi(c) + \varphi(c)} \pmod{c}$. Darüber hinaus gilt: $\gcd(a, c) = 1 \Leftrightarrow a^b \equiv a^{b \bmod \varphi(c)} \pmod{c}$.
+ Für $b \geq \varphi(c)$ gilt: $a^b \equiv a^{b \bmod \varphi(c) + \varphi(c)} \pmod{c}$. Darüber hinaus gilt: $\gcd(a, c) = 1 \Leftrightarrow a^b \equiv a^{b \bmod \varphi(c)} \pmod{c}$.
Falls $m$ prim ist, liefert das den \textbf{kleinen Satz von \textsc{Fermat}}:
$a^{m} \equiv a \pmod{m}$
\end{itemize}
\sourcecode{math/phi.cpp}
+\subsection{LGS über $\boldsymbol{\mathbb{F}_p}$}
+\method{gauss}{löst LGS}{n^3}
+\sourcecode{math/lgsFp.cpp}
+
+\subsection{LGS über $\boldsymbol{\mathbb{R}}$}
+\sourcecode{math/gauss.cpp}
+
+\begin{algorithm}{Numerisch Extremstelle bestimmen}
+ \sourcecode{math/goldenSectionSearch.cpp}
+\end{algorithm}
+
+\begin{algorithm}{Numerisch Integrieren, Simpsonregel}
+ \sourcecode{math/simpson.cpp}
+\end{algorithm}
+
\begin{algorithm}{Polynome, FFT, NTT \& andere Transformationen}
Multipliziert Polynome $A$ und $B$.
\begin{itemize}
@@ -285,13 +236,63 @@ sich alle Lösungen von $x^2-ny^2=c$ berechnen durch:
Multiplikation mit 2 transforms statt 3: (nur benutzten wenn nötig!)
\sourcecode{math/transforms/fftMul.cpp}
\end{algorithm}
+\clearpage
-\begin{algorithm}{Numerisch Extremstelle bestimmen}
- \sourcecode{math/goldenSectionSearch.cpp}
+\subsection{Primzahlzählfunktion $\boldsymbol{\pi}$}
+\begin{methods}
+ \method{init}{berechnet $\pi$ bis $N$}{N\*\log(\log(N))}
+ \method{phi}{zählt zu $p_i$ teilerfremde Zahlen $\leq n$ für alle $i \leq k$}{???}
+ \method{pi}{zählt Primzahlen $\leq n$ ($n < N^2$)}{n^{2/3}}
+\end{methods}
+\sourcecode{math/piLehmer.cpp}
+
+\begin{algorithm}{Lineare-Recurenz}
+ \begin{methods}
+ \method{BerlekampMassey}{Berechnet eine lineare Recurenz $n$-ter Ordnung}{n^2}
+ \method{}{aus den ersten $2n$ Werte}{}
+ \end{methods}
+ \sourcecode{math/berlekampMassey.cpp}
+ Sei $f(n)=c_{n-1}f(n-1)+c_{n-2}f(n-2)+\dots + c_0f(0)$ eine lineare Recurenz.
+
+ \begin{methods}
+ \method{kthTerm}{Berechnet $k$-ten Term einer Recurenz $n$-ter Ordnung}{\log(k)\cdot n^2}
+ \end{methods}
+ \sourcecode{math/linearRecurence.cpp}
+ Alternativ kann der \mbox{$k$-te} Term in \runtime{n^3\log(k)} berechnet werden:
+ $$\renewcommand\arraystretch{1.5}
+ \setlength\arraycolsep{3pt}
+ \begin{pmatrix}
+ c_{n-1} & c_{n-2} & \smash{\cdots} & \smash{\cdots} & c_0 \\
+ 1 & 0 & \smash{\cdots} & \smash{\cdots} & 0 \\
+ 0 & \smash{\ddots} & \smash{\ddots} & & \smash{\vdots} \\
+ 0 & \smash{\ddots} & \smash{\ddots} & \smash{\ddots} & \smash{\vdots} \\
+ 0 & \smash{\cdots} & 0 & 1 & 0 \\
+ \end{pmatrix}^k
+ \times~~
+ \begin{pmatrix}
+ f(n-1) \\
+ f(n-2) \\
+ \smash{\vdots} \\
+ \smash{\vdots} \\
+ f(0) \\
+ \end{pmatrix}
+ ~~=~~
+ \begin{pmatrix}
+ f(n-1+k) \\
+ f(n-2+k) \\
+ \smash{\vdots} \\
+ \smash{\vdots} \\
+ f(k) \makebox[0pt][l]{\hspace{15pt}$\vcenter{\hbox{\huge$\leftarrow$}}$}\\
+ \end{pmatrix}
+ $$
\end{algorithm}
-\begin{algorithm}{Numerisch Integrieren, Simpsonregel}
- \sourcecode{math/simpson.cpp}
+\begin{algorithm}{Matrix-Exponent}
+ \begin{methods}
+ \method{precalc}{berechnet $m^{2^b}$ vor}{\log(b)\*n^3}
+ \method{calc}{berechnet $m^b_{y,x}$}{\log(b)\cdot n^2}
+ \end{methods}
+ \sourcecode{math/matrixPower.cpp}
\end{algorithm}
\begin{algorithm}{\textsc{Legendre}-Symbol}
@@ -375,7 +376,7 @@ so gilt
\item Anzahl der Binärbäume mit $n$ nicht unterscheidbaren Knoten.
\item Anzahl der validen Klammerausdrücke mit $n$ Klammerpaaren.
\item Anzahl der korrekten Klammerungen von $n+1$ Faktoren.
- \item Anzahl der Möglichkeiten ein konvexes Polygon mit $n + 2$ Ecken in Dreiecke zu zerlegen.
+ \item Anzahl Möglichkeiten ein konvexes Polygon mit $n + 2$ Ecken zu triangulieren.
\item Anzahl der monotonen Pfade (zwischen gegenüberliegenden Ecken) in
einem $n \times n$-Gitter, die nicht die Diagonale kreuzen.
\end{itemize}
diff --git a/math/millerRabin.cpp b/math/millerRabin.cpp
index e9ac9ea..e4d2f6e 100644
--- a/math/millerRabin.cpp
+++ b/math/millerRabin.cpp
@@ -1,20 +1,19 @@
constexpr ll bases32[] = {2, 7, 61};
constexpr ll bases64[] = {2, 325, 9375, 28178, 450775,
9780504, 1795265022};
-
bool isPrime(ll n) {
- if(n < 2 || n % 2 == 0) return n == 2;
+ if (n < 2 || n % 2 == 0) return n == 2;
ll d = n - 1, j = 0;
- while(d % 2 == 0) d /= 2, j++;
- for(ll a : bases64) {
+ while (d % 2 == 0) d /= 2, j++;
+ for (ll a : bases64) {
if (a % n == 0) continue;
ll v = powMod(a, d, n); //with mulmod or int128
- if(v == 1 || v == n - 1) continue;
- for(ll i = 1; i <= j; i++) {
+ if (v == 1 || v == n - 1) continue;
+ for (ll i = 1; i <= j; i++) {
v = (v * v) % n; //mulmod or int128
- if(v == n - 1 || v <= 1) break;
+ if (v == n - 1 || v <= 1) break;
}
- if(v != n - 1) return false;
+ if (v != n - 1) return false;
}
return true;
}
diff --git a/math/rho.cpp b/math/rho.cpp
index 865a438..df70251 100644
--- a/math/rho.cpp
+++ b/math/rho.cpp
@@ -3,7 +3,7 @@ ll rho(ll n) { // Findet Faktor < n, nicht unbedingt prim.
if (n % 2 == 0) return 2;
ll x = 0, y = 0, prd = 2;
auto f = [n](lll x){return (x * x) % n + 1;};
- for (ll t = 30, i = n / 2 + 7; t % 40 || gcd(prd, n) == 1; t++) {
+ for (ll t = 30, i = n/2 + 7; t % 40 || gcd(prd, n) == 1; t++) {
if (x == y) x = ++i, y = f(x);
if (ll q = (lll)prd * abs(x-y) % n; q) prd = q;
x = f(x); y = f(f(y));
@@ -15,6 +15,5 @@ void factor(ll n, map<ll, int>& facts) {
if (n == 1) return;
if (isPrime(n)) {facts[n]++, return;}
ll f = rho(n);
- factor(n / f, facts);
- factor(f, facts);
+ factor(n / f, facts); factor(f, facts);
}
diff --git a/math/transforms/all.cpp b/math/transforms/all.cpp
index 22cd5b5..66e6a41 100644
--- a/math/transforms/all.cpp
+++ b/math/transforms/all.cpp
@@ -3,8 +3,7 @@ constexpr ll root = 3;*/
using cplx = complex<double>;
-@\hl{NTT, xor, or, and}@
-//void fft(vector<ll> &a, bool inverse = 0) {
+//void fft(vector<ll> &a, bool inverse = 0) { @\hl{NTT, xor, or, and}@
void fft(vector<cplx>& a, bool inverse = 0) {
int n = a.size();
for (int i = 0, j = 1; j < n - 1; ++j) {
diff --git a/tcr.pdf b/tcr.pdf
index 736dbf0..396adc7 100644
--- a/tcr.pdf
+++ b/tcr.pdf
Binary files differ