(2)整數(shù)運算

1.整數(shù)的表示

重要結(jié)論:任何整數(shù)都可以表示為2的不同冪次的和
2,8,16進(jìn)制與10進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換

2.整數(shù)的計算機運算

對整數(shù)nb進(jìn)制展開(a_{k-1}...a_{1}a_{0})可以用如下偽代碼描述:

q=n;
k=0;
while(q≠0)\{
\ \ \ \ \ a_{k}=q\ mod\ b; 余數(shù)部分
\ \ \ \ \ q=q\ div\ b; 商部分
\ \ \ \ \ k=k+1;
}
return(a_{k-1}...a_{1}a_{0});

整數(shù)的加法:

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但其實在硬件實現(xiàn)上由于高位的運算必須等待低位的運算完成充边,延遲時間長,故采用超前進(jìn)位加法器進(jìn)行并行運算,其原理如下:


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C_{i}表示第i位的進(jìn)位氏淑,A_{i}與B_{i}表示兩個數(shù)第i位的值

圖中乘法表示與岖研,加法表示或


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其實相當(dāng)于通過復(fù)雜的硬件搜贤,將未知量轉(zhuǎn)為已知量掖举,每一位的運算同時進(jìn)行讥邻,互不干擾拦英,運算時間固定蜒什,效率提升。

乘法運算

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更高效的算法:

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偽代碼展示:
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以上乘法算法并非最優(yōu)的方法疤估,更多內(nèi)容參考https://zhuanlan.zhihu.com/p/63291883
同時在高級語言層面大多數(shù)情況不需要考慮位運算的復(fù)雜度灾常,同時現(xiàn)代計算機普遍配備著效率極高的乘法器,在機器指令層面可以高效執(zhí)行铃拇,這里僅僅作為一個算法的展示钞瀑,在程序設(shè)計層面,并沒有實際意義

除法和取余運算

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模指數(shù)運算

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原文這里寫的比較簡略慷荔,我寫一些自己的理解:
由同余的性質(zhì)雕什,,
轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)對應(yīng)的也就是對
通過得知的結(jié)果計算出显晶,對應(yīng)偽代碼
power=(power*power)mod m ;
而對于贷岸,其二進(jìn)制表示不一定都為1,所以對于是0的項磷雇,要跳過偿警,這也是if語句僅僅在時才執(zhí)行的意義。
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對復(fù)雜度的分析如上唯笙,感覺mod部分省略了應(yīng)該是因為兩個乘數(shù)都小于m螟蒸,其乘積不會超出m很多,這部分的復(fù)雜度就可以忽略了崩掘。

3. 運算的復(fù)雜度

大O表示法:S是一個指定的正整數(shù)集合七嫌,如果f,g為取正值的函數(shù),且對所有的x\in S有定義苞慢,則如果存在正常數(shù)K對所有充分大的x\in S均有f(x)<Kg(x)诵原,那么fS上是O(g)

以下是衍生的幾個性質(zhì):

  1. 如果fO(g)的,c是正常數(shù),則cfO(g)
  2. 如果f_{1}是O(g_{1})的皮假,f_{2}是O(g_{2})的鞋拟,則f_{1}+f_{2}是O(g_{1}+g_{2})

回顧整數(shù)乘法,對a,b有:


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本節(jié)的算法java實現(xiàn)部分參見:位操作實現(xiàn)四則運算

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