算法与深度学习·

算法学习过程——秦九韶算法

本篇目录10 节

引言

秦九韶(1208年-1261年),字道古,中国南宋数学家,其传世佳作 《数书九章》 是中国宋元数学的巅峰之作, 代表了世界中世纪数学发展的最高水平,是继 《九章数学》之后又一部具有创造性成就的数学经典。
以上是秦九韶的个人简介。emmmm....... , 只能说也是大佬中的大佬,在数学界的创作延续八百年形象至今,秦九韶算法在求多项式的值方面仍然是最强最优秀的,在大数取模也用到了秦九韶思想。

介绍

一般地朴素的讲,一元n次多项式的求值需要经过(n+1)*n/2次乘法和n次加法
而秦九韶算法只需要n次乘法和n次加法。
其核心思想在于将一元n次多项式转换为n个一次式

意义

其最大的意义在于将求n次多项式的值转化为求n个一次多项式的值。
在人工计算时,利用秦九韶算法和其中的系数表可以大幅简化运算;
对于计算机程序算法而言,加法比乘法的计算效率要高很多,因此该算法仍有极大的意义,用于减少CPU运算时间。

抛出问题

![fleft ( x right ) = a_{3}x^{3}+ a_{2}x^{2}+ a_{1}x^{1}+ a_{0}x^{0}]()
如果是朴素的算法:
notion image
需要 3 次乘法 ,
notion image
需要 2 次乘法,
notion image
需要 1 次乘法 ,共需要 6 次乘法,3 次加法
但若使用秦九韶算法进行简化:
![fleft ( x right ) = a_{3}x^{3}+ a_{2}x^{2}+ a_{1}x+ a_{0}x^{0}]()
![=xtimes left ( a_{3}x^{2} + a_{2} x + a_{1} right ) + a_{0}]()
![=xtimes left ( x left ( a_{3}x + a_{2} right ) + a_{1} right ) + a_{0}]()
共需要 3 次乘法 3 次加法

*问题延申 *

![fleft ( x right ) = a_ {n}x^ {n}+ a_ {n-1}x^ {n-1}+ a_ {n-2}x^ {n-2}+ ... a_ {1}x + a_ {0}]()

使用朴素算法:后一项比前一项的指数小 1 ,少算 1 次乘法,成等差数列,
故共进行的乘法数为 ![frac{nleft ( n+1 right )}{2}](),加法为
notion image
,复杂度为
notion image
使用秦九韶算法:将n次多项式的值转化为求n个一次多项式,
只进行
notion image
次乘法加法,复杂度为
notion image

应用

一、求多项式的值

核心思想:将n次多项式的值转化为求n个一次多项式。
实现方法:确定
notion image
的大小,将系数用大小为
notion image
的数组存储
notion image
对应
notion image
。
设结果为
notion image
观察上述步骤发现,优先
notion image
,后 ![res + a_{n-1}]()
然后反复执行,可以用
notion image
循环实现
代码实现:
#define int long long int qFun(int factors[],int n, int x){//分别表示系数数组,最大项的系数,未知数x赋的值 int res = factors[n]; for(int i = n;i >=1 ;-- i) { res = res * x; res = res + factors[i-1]; } return res; }

二、大整数取模

提问:如何实现
notion image
对
notion image
进行取模运算?(**提示:
notion image
** 类型能存 9 位数,
notion image
能存18位数,
notion image
共有
notion image
位)
核心思想:秦九韶算法思想:从最高位逐步展开,步步取模。
实现方法:将大整数用字符串存储起来,再用一个
notion image
初始化为![s[0]](https://latex.csdn.net/eq?s%5B0%5D) ,先取模
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再乘
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,循环以往操作,可以迭代实现。
代码实现:
#define int long long int qmod(string s,int p) { int ans = 0; for(auto &i : s) { ans = (ans * 10 + i - '0') % p; } return ans; }

总结

将多项式转化为多个一项式,是计算多项式的值最高效的算法。
自用复习以及分享给大家,有任何问题可以留言或私信。

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