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\sourcecode{math/longestIncreasingSubsequence.cpp}
\end{algorithm}
-\vfill\null\columnbreak
+\columnbreak
\begin{algorithm}{Zykel Erkennung}
\begin{methods}
@@ -26,21 +26,24 @@ \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}
-\method{mulMod}{berechnet $a \cdot b \bmod n$}{\log(b)}
-\sourcecode{math/modMulIterativ.cpp}
-% \vfill\null\columnbreak
-\method{powMod}{berechnet $a^b \bmod n$}{\log(b)}
-\sourcecode{math/modPowIterativ.cpp}
-%\end{multicols}
-%\vspace{-2.75em}
-\begin{itemize}
- \item für $a > 10^9$ \code{__int128} oder \code{modMul} benutzten!
-\end{itemize}
+\columnbreak
+
+\subsection{Potenzen in $\boldsymbol{\mathbb{Z}/n\mathbb{Z}}$}
+ \begin{methods}
+ \method{powMod}{berechnet $a^b \bmod n$}{\log(b)}
+ \end{methods}
+ \sourcecode{math/modPowIterativ.cpp}
+ \begin{itemize}
+ \item für $a > 10^9$ \code{__int128} oder \code{modMul} benutzten!
+ \end{itemize}
+
+\optional{
+\subsection{Multiplikation in $\boldsymbol{\mathbb{Z}/n\mathbb{Z}}$ \opthint}
+ \begin{methods}
+ \method{mulMod}{berechnet $a \cdot b \bmod n$}{\log(b)}
+ \end{methods}
+ \sourcecode{math/modMulIterativ.cpp}
+}
\begin{algorithm}{ggT, kgV, erweiterter euklidischer Algorithmus}
\runtime{\log(a) + \log(b)}
@@ -100,8 +103,8 @@ sich alle Lösungen von $x^2-ny^2=c$ berechnen durch: wenn $a\equiv~b \bmod \ggT(m, n)$.
In diesem Fall sind keine Faktoren
auf der linken Seite erlaubt.
- \end{itemize}
- \sourcecode{math/chineseRemainder.cpp}
+ \end{itemize}
+ \sourcecode{math/chineseRemainder.cpp}
\end{algorithm}
\begin{algorithm}{Primzahltest \& Faktorisierung}
@@ -121,7 +124,7 @@ sich alle Lösungen von $x^2-ny^2=c$ berechnen durch: \begin{algorithm}{Matrix-Exponent}
\begin{methods}
\method{precalc}{berechnet $m^{2^b}$ vor}{\log(b)\*n^3}
- \method{calc}{berechnet $m^b\cdot$}{\log(b)\cdot n^2}
+ \method{calc}{berechnet $m^b \cdot v$}{\log(b)\cdot n^2}
\end{methods}
\textbf{Tipp:} wenn \code{v[x]=1} und \code{0} sonst, dann ist \code{res[y]} = $m^b_{y,x}$.
\sourcecode{math/matrixPower.cpp}
@@ -236,7 +239,7 @@ sich alle Lösungen von $x^2-ny^2=c$ berechnen durch: \sourcecode{math/legendre.cpp}
\end{algorithm}
-\begin{algorithm}{Lineares Sieb und Multiplikative Funktionen}
+\begin{algorithm}{Lineares Sieb und multiplikative Funktionen}
Eine (zahlentheoretische) Funktion $f$ heißt multiplikativ wenn $f(1)=1$ und $f(a\cdot b)=f(a)\cdot f(b)$, falls $\ggT(a,b)=1$.
$\Rightarrow$ Es ist ausreichend $f(p^k)$ für alle primen $p$ und alle $k$ zu kennen.
@@ -250,7 +253,7 @@ sich alle Lösungen von $x^2-ny^2=c$ berechnen durch: \textbf{Wichtig:} Sieb rechts ist schneller für \code{isPrime} oder \code{primes}!
\sourcecode{math/linearSieve.cpp}
- \textbf{\textsc{Möbius}-Funktion:}
+ \textbf{\textsc{Möbius} Funktion:}
\begin{itemize}
\item $\mu(n)=+1$, falls $n$ quadratfrei ist und gerade viele Primteiler hat
\item $\mu(n)=-1$, falls $n$ quadratfrei ist und ungerade viele Primteiler hat
@@ -263,7 +266,7 @@ sich alle Lösungen von $x^2-ny^2=c$ berechnen durch: \item $p$ prim, $k \in \mathbb{N}$:
$~\varphi(p^k) = p^k - p^{k - 1}$
- \item \textbf{Euler's Theorem:}
+ \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: $\gcd(a, c) = 1 \Leftrightarrow a^b \equiv a^{b \bmod \varphi(c)} \pmod{c}$.
Falls $m$ prim ist, liefert das den \textbf{kleinen Satz von \textsc{Fermat}}:
$a^{m} \equiv a \pmod{m}$
@@ -321,21 +324,27 @@ sich alle Lösungen von $x^2-ny^2=c$ berechnen durch: \end{algorithm}
\begin{algorithm}{Polynome, FFT, NTT \& andere Transformationen}
+ \label{fft}
Multipliziert Polynome $A$ und $B$.
+ \ifthenelse{\isundefined{\srclink}}{}{%
+ \hfill
+ \begin{ocg}[printocg=never]{Source links}{srclinks}{1}%
+ \href{\srclink{math/transforms/}}{\faExternalLink}%
+ \end{ocg}%
+ }
\begin{itemize}
\item $\deg(A \cdot B) = \deg(A) + \deg(B)$
\item Vektoren \code{a} und \code{b} müssen mindestens Größe
$\deg(A \cdot B) + 1$ haben.
Größe muss eine Zweierpotenz sein.
\item Für ganzzahlige Koeffizienten: \code{(ll)round(real(a[i]))}
- \item \emph{xor}, \emph{or} und \emph{and} Transform funktioniert auch mit \code{double} oder modulo einer Primzahl $p$ falls $p \geq 2^{\texttt{bits}}$
+ \item \emph{or} Transform berechnet sum over subsets
+ $\rightarrow$ inverse für inclusion/exclusion
\end{itemize}
- %\sourcecode{math/fft.cpp}
- %\sourcecode{math/ntt.cpp}
\sourcecode{math/transforms/fft.cpp}
\sourcecode{math/transforms/ntt.cpp}
\sourcecode{math/transforms/bitwiseTransforms.cpp}
- Multiplikation mit 2 transforms statt 3: (nur benutzten wenn nötig!)
+ Multiplikation mit 2 Transforms statt 3: (nur benutzen wenn nötig!)
\sourcecode{math/transforms/fftMul.cpp}
\end{algorithm}
@@ -345,7 +354,7 @@ sich alle Lösungen von $x^2-ny^2=c$ berechnen durch: \subsection{Kombinatorik}
-\paragraph{Wilsons Theorem}
+\paragraph{\textsc{Wilson}'s Theorem}
A number $n$ is prime if and only if
$(n-1)!\equiv -1\bmod{n}$.\\
($n$ is prime if and only if $(m-1)!\cdot(n-m)!\equiv(-1)^m\bmod{n}$ for all $m$ in $\{1,\dots,n\}$)
@@ -357,14 +366,14 @@ $(n-1)!\equiv -1\bmod{n}$.\\ \end{cases}
\end{align*}
-\paragraph{\textsc{Zeckendorfs} Theorem}
+\paragraph{\textsc{Zeckendorf}'s Theorem}
Jede positive natürliche Zahl kann eindeutig als Summe einer oder mehrerer
verschiedener \textsc{Fibonacci}-Zahlen geschrieben werden, sodass keine zwei
aufeinanderfolgenden \textsc{Fibonacci}-Zahlen in der Summe vorkommen.\\
\emph{Lösung:} Greedy, nimm immer die größte \textsc{Fibonacci}-Zahl, die noch
hineinpasst.
-\paragraph{\textsc{Lucas}-Theorem}
+\paragraph{\textsc{Lucas}'s Theorem}
Ist $p$ prim, $m=\sum_{i=0}^km_ip^i$, $n=\sum_{i=0}^kn_ip^i$ ($p$-adische Darstellung),
so gilt
\vspace{-0.75\baselineskip}
@@ -390,16 +399,19 @@ so gilt \end{methods}
\sourcecode{math/binomial1.cpp}
+ \optional{
+ \begin{methods}
+ \method{calc\_binom}{berechnet Primfaktoren vom Binomialkoeffizient}{n\*\log(n)}
+ \end{methods}
+ \opthint \\
+ \textbf{WICHTIG:} braucht alle Primzahlen $\leq n$
+ \sourcecode{math/binomial2.cpp}
+ }
+
\begin{methods}
\method{calc\_binom}{berechnet Binomialkoeffizient modulo Primzahl $p$}{p-n}
\end{methods}
\sourcecode{math/binomial3.cpp}
-
-% \begin{methods}
-% \method{calc\_binom}{berechnet Primfaktoren vom Binomialkoeffizient}{n}
-% \end{methods}
-% \textbf{WICHTIG:} braucht alle Primzahlen $\leq n$
-% \sourcecode{math/binomial2.cpp}
%\end{algorithm}
\paragraph{\textsc{Catalan}-Zahlen}
@@ -415,7 +427,7 @@ so gilt \end{itemize}
\end{itemize}
\[C_0 = 1\qquad C_n = \sum\limits_{k = 0}^{n - 1} C_kC_{n - 1 - k} =
-\frac{1}{n + 1}\binom{2n}{n} = \frac{4n - 2}{n+1} \cdot C_{n-1}\]
+\frac{1}{n + 1}\binom{2n}{n} = \frac{4n - 2}{n+1} C_{n-1} \sim \frac{4^n}{n^{3/2} \sqrt{\pi}}\]
\begin{itemize}
\item Formel $1$ erlaubt Berechnung ohne Division in \runtime{n^2}
\item Formel $2$ und $3$ erlauben Berechnung in \runtime{n}
@@ -426,70 +438,70 @@ so gilt \item Anzahl an Klammerausdrücken mit $n+k$ Klammerpaaren, die mit $(^k$ beginnen.
\end{itemize}
\[C^k_0 = 1\qquad C^k_n = \sum\limits_{\mathclap{a_0+a_1+\dots+a_k=n}} C_{a_0}C_{a_1}\cdots C_{a_k} =
-\frac{k+1}{n+k+1}\binom{2n+k}{n} = \frac{(2n+k-1)\cdot(2n+k)}{n(n+k+1)} \cdot C_{n-1}\]
+\frac{k+1}{n+k+1}\binom{2n+k}{n} = \frac{(2n+k-1)(2n+k)}{n(n+k+1)} C_{n-1}\]
-\paragraph{\textsc{Euler}-Zahlen 1. Ordnung}
+\paragraph{\textsc{Euler}-Zahlen}
Die Anzahl der Permutationen von $\{1, \ldots, n\}$ mit genau $k$ Anstiegen.
Für die $n$-te Zahl gibt es $n$ mögliche Positionen zum Einfügen.
Dabei wird entweder ein Anstieg in zwei gesplitted oder ein Anstieg um $n$ ergänzt.
\[\eulerI{n}{0} = \eulerI{n}{n-1} = 1 \quad
-\eulerI{n}{k} = (k+1) \eulerI{n-1}{k} + (n-k) \eulerI{n-1}{k-1}=
-\sum_{i=0}^{k} (-1)^i\binom{n+1}{i}(k+1-i)^n\]
-\begin{itemize}
- \item Formel $1$ erlaubt Berechnung ohne Division in \runtime{n^2}
- \item Formel $2$ erlaubt Berechnung in \runtime{n\log(n)}
-\end{itemize}
-
-\paragraph{\textsc{Euler}-Zahlen 2. Ordnung}
-Die Anzahl der Permutationen von $\{1,1, \ldots, n,n\}$ mit genau $k$ Anstiegen.
-\[\eulerII{n}{0} = 1 \qquad\eulerII{n}{n} = 0 \qquad\eulerII{n}{k} = (k+1) \eulerII{n-1}{k} + (2n-k-1) \eulerII{n-1}{k-1}\]
-\begin{itemize}
- \item Formel erlaubt Berechnung ohne Division in \runtime{n^2}
-\end{itemize}
+\eulerI{n}{k} = (k+1) \eulerI{n-1}{k} + (n-k) \eulerI{n-1}{k-1}\]
+\[
+\eulerI{n}{k} = [x^k]
+ \left(\sum_{i=0}^\infty (i+1)^n x^i\right)
+ \left(\sum_{i=0}^\infty (-1)^i \binom{n+1}{i} x^i\right)
+\]
-\paragraph{\textsc{Stirling}-Zahlen 1. Ordnung}
+\paragraph{\textsc{Stirling}-Zahlen 1. Art}
Die Anzahl der Permutationen von $\{1, \ldots, n\}$ mit genau $k$ Zyklen.
-Es gibt zwei Möglichkeiten für die $n$-te Zahl. Entweder sie bildet einen eigene Zyklus, oder sie kann an jeder Position in jedem Zyklus einsortiert werden.
+Es gibt zwei Möglichkeiten für die $n$-te Zahl. Entweder sie bildet einen eigenen Zyklus, oder sie kann an jeder Position in jedem Zyklus einsortiert werden.
\[\stirlingI{0}{0} = 1 \qquad
\stirlingI{n}{0} = \stirlingI{0}{n} = 0 \qquad
\stirlingI{n}{k} = \stirlingI{n-1}{k-1} + (n-1) \stirlingI{n-1}{k}\]
-\begin{itemize}
- \item Formel erlaubt berechnung ohne Division in \runtime{n^2}
-\end{itemize}
-\[\sum_{k=0}^{n}\pm\stirlingI{n}{k}x^k=x(x-1)(x-2)\cdots(x-n+1)\]
-\begin{itemize}
- \item Berechne Polynom mit FFT und benutzte betrag der Koeffizienten \runtime{n\log(n)^2} (nur ungefähr gleich große Polynome zusammen multiplizieren beginnend mit $x-k$)
-\end{itemize}
+\[
+\stirlingI{n}{k}
+= [x^k]\prod_{i=0}^{n-1} (x+i)
+= n! [x^{n-k}] \frac{1}{k!} \left(\sum_{i=0}^\infty \frac{1}{i+1}x^i\right)^k
+\]
-\paragraph{\textsc{Stirling}-Zahlen 2. Ordnung}
+\paragraph{\textsc{Stirling}-Zahlen 2. Art}
Die Anzahl der Möglichkeiten $n$ Elemente in $k$ nichtleere Teilmengen zu zerlegen.
Es gibt $k$ Möglichkeiten die $n$ in eine $n-1$-Partition einzuordnen.
Dazu kommt der Fall, dass die $n$ in ihrer eigenen Teilmenge (alleine) steht.
\[\stirlingII{n}{1} = \stirlingII{n}{n} = 1 \qquad
-\stirlingII{n}{k} = k \stirlingII{n-1}{k} + \stirlingII{n-1}{k-1} =
-\frac{1}{k!} \sum\limits_{i=0}^{k} (-1)^{k-i}\binom{k}{i}i^n\]
-\begin{itemize}
- \item Formel $1$ erlaubt Berechnung ohne Division in \runtime{n^2}
- \item Formel $2$ erlaubt Berechnung in \runtime{n\log(n)}
-\end{itemize}
+\stirlingII{n}{k} = k \stirlingII{n-1}{k} + \stirlingII{n-1}{k-1}
+\]
+\[
+\stirlingII{n}{k}
+= [x^k]
+ \left(\sum_{i=0}^\infty \frac{i^n}{i!}x^i\right)
+ \left(\sum_{i=0}^\infty \frac{(-1)^i}{i!}x^i\right)
+= n! [x^{n-k}] \frac{1}{k!} \left(\sum_{i=0}^\infty \frac{1}{(i+1)!}x^i\right)^k
+\]
\paragraph{\textsc{Bell}-Zahlen}
Anzahl der Partitionen von $\{1, \ldots, n\}$.
-Wie \textsc{Stirling}-Zahlen 2. Ordnung ohne Limit durch $k$.
+Wie \textsc{Stirling}-Zahlen 2. Art ohne Limit durch $k$.
\[B_1 = 1 \qquad
B_n = \sum\limits_{k = 0}^{n - 1} B_k\binom{n-1}{k}
-= \sum\limits_{k = 0}^{n}\stirlingII{n}{k}\qquad\qquad B_{p^m+n}\equiv m\cdot B_n + B_{n+1} \bmod{p}\]
+= \sum\limits_{k = 0}^{n}\stirlingII{n}{k}
+= n! [x^n] e^{e^x-1}
+\qquad
+B_{p^m+n}\equiv m\cdot B_n + B_{n+1} \bmod{p}\]
\paragraph{Partitions}
Die Anzahl der Partitionen von $n$ in genau $k$ positive Summanden.
Die Anzahl der Partitionen von $n$ mit Elementen aus ${1,\dots,k}$.
\begin{align*}
p_0(0)=1 \qquad p_k(n)&=0 \text{ für } k > n \text{ oder } n \leq 0 \text{ oder } k \leq 0\\
- p_k(n)&= p_k(n-k) + p_{k-1}(n-1)\\[2pt]
- p(n)=\sum_{k=1}^{n} p_k(n)&=p_n(2n)=\sum\limits_{k=1}^\infty(-1)^{k+1}\bigg[p\bigg(n - \frac{k(3k-1)}{2}\bigg) + p\bigg(n - \frac{k(3k+1)}{2}\bigg)\bigg]
+ p_k(n)&= p_k(n-k) + p_{k-1}(n-1)\\
+ p(n)=\sum_{k=1}^{n} p_k(n)&=p_n(2n)=\sum\limits_{k=1}^\infty(-1)^{k+1}\bigg[p\bigg(n - \frac{k(3k-1)}{2}\bigg) + p\bigg(n - \frac{k(3k+1)}{2}\bigg)\bigg] \\
+ p(n)&=[x^n] \left(\sum_{k=-\infty}^\infty (-1)^k x^{k(3k-1)/2}\right)^{-1}
+ \sim \frac{1}{4 \sqrt{3} n} \exp\left(\pi \sqrt{\frac{2n}{3}}\right)
\end{align*}
\begin{itemize}
\item in Formel $3$ kann abgebrochen werden wenn $\frac{k(3k-1)}{2} > n$.
+ $\rightarrow$ \runtime{n \sqrt{n}}
\item Die Anzahl der Partitionen von $n$ in bis zu $k$ positive Summanden ist $\sum\limits_{i=0}^{k}p_i(n)=p_k(n+k)$.
\end{itemize}
@@ -542,10 +554,10 @@ Wenn man $k$ Spiele in den Zuständen $X_1, \ldots, X_k$ hat, dann ist die \text \input{math/tables/series}
\subsection{Wichtige Zahlen}
-\input{math/tables/composite}
+\input{math/tables/prime-composite}
-\subsection{Recover $\boldsymbol{x}$ and $\boldsymbol{y}$ from $\boldsymbol{y}$ from $\boldsymbol{x\*y^{-1}}$ }
-\method{recover}{findet $x$ und $y$ für $x=x\*y^{-1}\bmod m$}{\log(m)}
+\subsection{Recover $\boldsymbol{x}$ and $\boldsymbol{y}$ from $\boldsymbol{x\*y^{-1}}$ }
+\method{recover}{findet $x$ und $y$ für $c=x\*y^{-1}\bmod m$}{\log(m)}
\textbf{WICHTIG:} $x$ und $y$ müssen kleiner als $\sqrt{\nicefrac{m}{2}}$ sein!
\sourcecode{math/recover.cpp}
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