[hiho第92周]Miller-Rabin素性测试的c++实现
证明:
如果n是素数,整数$a$ 与$n$ 互素,即$n$ 不整除$a$ ,则${a^{n - 1}} \equiv 1(\bmod n)$ ,如果能找到一个与$n$ 互素的整数$a$ ,是的上式不成立,则可以断定$n$ 是合数,反之则不成立,这类合数我们称之为Carmichael数。当上式成立时,称$n$ 为以$a$ 为底的伪素数。
以上测试素数的方法称为fermat测试。
Miller-Rabin素性检验是在上面的基础上加上一个二次探测定理。
强伪素数:设$n - 1 = {2^s}t$ ,$2\nmid t$ ,$b$ 与$n$ 互素。若${b^t} \equiv 1(\bmod n)$ 或存在$r$ , $0 \le r \le s$ 使得${b^{{2^r}t}} \equiv - 1(\bmod n)$ ,则称n为以b为底的强伪素数。
当$n$ 为素数时,他一定是从任何数$b$ 为基的强伪素数,以$b$为基的强伪素数一定是以$b$为基的伪素数。
二次探测定理:如果p是奇素数,则 ${x^2} \equiv 1(\bmod p)$ 的解为$x \equiv 1$ 或 $x \equiv p - 1(\bmod p)$
如果${a^{n - 1}} \equiv 1(\bmod n)$成立,Miller-Rabin算法不是立即找另一个$a$进行测试,而是看$n-1$ 是不是偶数。如果$n-1$ 是偶数,另$u = \frac{{n - 1}}{2}$,并检查是否满足二次探测定理即${a^u} \equiv 1$或${a^u} \equiv n - 1(\bmod n)$。若不满足,则为合数。
定理:若n是奇合数,则在区间$0 < b < n$ 中,最多有25%的数$b$ ,能使$n$ 是以$b$ 为基的强伪素数。
所以,结果的正确率为$1 - \frac{1}{{{4^k}}}$
复杂度:$O(S\log n)$
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<algorithm>
#include<cstdlib>
#include<iostream>
#include<cmath>
typedef long long ll;
using namespace std;
const int S=;
ll mod_mul(ll a,ll b,ll p){
ll res=;
a%=p,b%=p;
while(b){
if(b&)res=(res+a)%p;
a=(a<<)%p;
b>>=;
}
return res;
}
ll mod_pow(ll x,ll n,ll p){
ll res=;
while(n){
if(n&)res=mod_mul(res,x,p);
x=mod_mul(x,x,p);
n>>=;
}
return res;
} bool check(ll a,ll n,ll x,ll t){//判断是否为合数
ll ret=mod_pow(a,x,n);
ll last=ret;
for(int i=;i<=t;i++){
ret=mod_mul(ret,ret,n);
if(ret==&&last!=&&last!=n-)return ;
last=ret;
}
if(ret!=) return ;//fermat测试
return ;
} bool Miller_Rabin(ll n){
if(n<)return ;
if(n==)return ;
if((n&)==)return ;
ll x=n-,t=;
while((x&)==)x>>=,t++;
for(int i=;i<S;i++){
ll a=rand()%(n-)+;
if(check(a,n,x,t))return ;//合数
}
return ;
} int main(){
ll t,n;
scanf("%lld",&t);
while(t--){
scanf("%lld",&n);
if(Miller_Rabin(n))printf("Yes\n");
else printf("No\n");
}
return ;
}
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