《大数乘法的深入讨论一》中介绍了最基本的模拟手工算法,它的时间复杂度为O(n2),接下来将介绍一种更高效的算法——分治算法。
(原理&思路写得不太好,留个坑,以后有空了再改,但是代码一定是可以用的,亲自调过的)
算法的理论:
该算法的来源——高斯技巧(Gauss Trick):
两个复数的乘法 涉及到4个乘法:
通过下式,可以将4个乘法化简到三个:
应用到大数乘法中:
将n位二进制整数X和Y都分为2段,每段的长为n/2
由此得到:
变形-->
该算法的时间复杂度:
由主定理求得
算法的实现:
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
string big_multiply(string a,string b,int n1,int n2);
int main(){
string a,b;
cout<<"输入待乘数:\n";
while(cin>>a>>b){
int n1 = a.length();
int n2 = b.length();
cout<<big_multiply(a,b,n1,n2)<<endl<<"\n输入待乘数:\n";
}
return 0;
}
string one_mul_n(string a,string b){ //1位*n位
vector<int> res(b.length()+2);
string s_res;
reverse(b.begin(),b.end());
for(int i=0;i<b.length();i++){
res[i]+=(a[0]-'0')*(b[i]-'0');
}
for(int i=0;i<res.size();i++){
if(res[i]>9){
res[i+1]+=res[i]/10;
res[i]=res[i]%10;
}
}
int index=res.size()-1;
while(res[index]==0) index--;//找到非0的最高位
for(int i=index;i>=0;i--){s_res+=res[i]+'0';}
return s_res;
}
string add(string a,string b,string c,string d){ //求和
string s_res;
int len1 = a.length()-1;
int len2 = b.length()-1;
int len3 = c.length()-1;
int len4 = d.length()-1;
int num = 0;
int carry = 0;
while(len1 >= 0 || len2 >= 0 || len3 >= 0 || len4 >= 0){
num = carry;
if(len1 >= 0) num += a[len1]-'0';
if(len2 >= 0) num += b[len2]-'0';
if(len3 >= 0) num += c[len3]-'0';
if(len4 >= 0) num += d[len4]-'0';
carry = num/10;
num %= 10;
s_res += (num+'0');
--len1;--len2;--len3;--len4;
}
while(carry){
s_res += (carry%10 + '0');
carry /= 10;
}
reverse(s_res.begin(),s_res.end());
return s_res;
}
string big_multiply(string a,string b,int n1,int n2){
string s_result="";
if((a[0]=='-'&&b[0]!='-')||(a[0]!='-'&&b[0]=='-')) s_result="-";//符号判断
if(a[0]=='-') a.erase(0);
if(b[0]=='-') b.erase(0);
if(n1 == 1){s_result+=one_mul_n(a,b);return s_result;}//1位乘n位
if(n2 == 1){s_result+=one_mul_n(b,a);return s_result;}
int len1 = (n1+1)/2;
int len2 = (n2+1)/2;
string A,B,C,D;
A.append(a,0,len1);//分治
B.append(a,len1,n1-len1);
C.append(b,0,len2);
D.append(b,len2,n2-len2);
string num1 = big_multiply(A,C,len1,len2);
string num2 = big_multiply(A,D,len1,n2-len2);
string num3 = big_multiply(B,C,n1-len1,len2);
string num4 = big_multiply(B,D,n1-len1,n2-len2);
num1.append(n1-len1+n2-len2,'0');
num2.append(n1-len1,'0');
num3.append(n2-len2,'0');
s_result+=add(num1,num2,num3,num4);
return s_result;
}