模板 质数判断，质因数分解

这是一个关于质数判断和质因数分解的算法示例。其中使用了 Miller Rabin 算法进行质数判断，时间复杂度为 $O(k*log^3n)$，以及 Pollard’s Rho 算法进行质因数分解，时间复杂度为 $O(n^{1/4})$。

质数判断：Miller Rabin

时间复杂度为 $O(k \log^3n)$。

ll qmul(ll a,ll b,ll mod)//快速乘
{
    ll c=(ld)a/mod*b;
    ll res=(ull)a*b-(ull)c*mod;
    return (res+mod)%mod;
}
ll qpow(ll a,ll n,ll mod)//快速幂
{
    ll res=1;
    while(n)
    {
        if(n&1) res=qmul(res,a,mod);
        a=qmul(a,a,mod);
        n>>=1;
    }
    return res;
}
bool MRtest(ll n)//Miller Rabin Test
{
    if(n<3||n%2==0) return n==2;//特判
    ll u=n-1,t=0;
    while(u%2==0) u/=2,++t;
    ll ud[]={2,325,9375,28178,450775,9780504,1795265022};
    for(ll a:ud)
    {
        ll v=qpow(a,u,n);
        if(v==1||v==n-1||v==0) continue;
        for(int j=1;j<=t;j++)
        {
            v=qmul(v,v,n);
            if(v==n-1&&j!=t){v=1;break;}//出现一个n-1，后面都是1，直接跳出
            if(v==1) return 0;//这里代表前面没有出现n-1这个解，二次检验失败
        }
        if(v!=1) return 0;//Fermat检验
    }
    return 1;
}

质因数分解：Pollard’s Rho

时间复杂度 $O(n^ \frac 1 4)$。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;


//****************************************************************
// Miller_Rabin 算法进行素数测试
//速度快，而且可以判断 <2^63的数
//****************************************************************
const int S=20;//随机算法判定次数，S越大，判错概率越小


//计算 (a*b)%c.   a,b都是long long的数，直接相乘可能溢出的
//  a,b,c <2^63
long long mult_mod(long long a,long long b,long long c)
{
    a%=c;
    b%=c;
    long long ret=0;
    while(b)
    {
        if(b&1){ret+=a;ret%=c;}
        a<<=1;
        if(a>=c)a%=c;
        b>>=1;
    }
    return ret;
}



//计算  x^n %c
long long pow_mod(long long x,long long n,long long mod)//x^n%c
{
    if(n==1)return x%mod;
    x%=mod;
    long long tmp=x;
    long long ret=1;
    while(n)
    {
        if(n&1) ret=mult_mod(ret,tmp,mod);
        tmp=mult_mod(tmp,tmp,mod);
        n>>=1;
    }
    return ret;
}





//以a为基,n-1=x*2^t      a^(n-1)=1(mod n)  验证n是不是合数
//一定是合数返回true,不一定返回false
bool check(long long a,long long n,long long x,long long t)
{
    long long ret=pow_mod(a,x,n);
    long long last=ret;
    for(int i=1;i<=t;i++)
    {
        ret=mult_mod(ret,ret,n);
        if(ret==1&&last!=1&&last!=n-1) return true;//合数
        last=ret;
    }
    if(ret!=1) return true;
    return false;
}

// Miller_Rabin()算法素数判定
//是素数返回true.(可能是伪素数，但概率极小)
//合数返回false;

bool Miller_Rabin(long long n)
{
    if(n<2)return false;
    if(n==2)return true;
    if((n&1)==0) return false;//偶数
    long long x=n-1;
    long long t=0;
    while((x&1)==0){x>>=1;t++;}
    for(int i=0;i<S;i++)
    {
        long long a=rand()%(n-1)+1;//rand()需要stdlib.h头文件
        if(check(a,n,x,t))
            return false;//合数
    }
    return true;
}


//************************************************
//pollard_rho 算法进行质因数分解
//************************************************
long long factor[100];//质因数分解结果（刚返回时是无序的）
int tol;//质因数的个数。数组小标从0开始

long long gcd(long long a,long long b)
{
    if(a==0)return 1;//???????
    if(a<0) return gcd(-a,b);
    while(b)
    {
        long long t=a%b;
        a=b;
        b=t;
    }
    return a;
}

long long Pollard_rho(long long x,long long c)
{
    long long i=1,k=2;
    long long x0=rand()%x;
    long long y=x0;
    while(1)
    {
        i++;
        x0=(mult_mod(x0,x0,x)+c)%x;
        long long d=gcd(y-x0,x);
        if(d!=1&&d!=x) return d;
        if(y==x0) return x;
        if(i==k){y=x0;k+=k;}
    }
}
//对n进行素因子分解
void findfac(long long n)
{
    if(Miller_Rabin(n))//素数
    {
        factor[tol++]=n;
        return;
    }
    long long p=n;
    while(p>=n)p=Pollard_rho(p,rand()%(n-1)+1);
    findfac(p);
    findfac(n/p);
}

int main()
{
    //srand(time(NULL));//需要time.h头文件//POJ上G++不能加这句话
    long long n;
    while(scanf("%I64d",&n)!=EOF)
    {
        tol=0;
        findfac(n);
        for(int i=0;i<tol;i++)printf("%I64d ",factor[i]);
        printf("\n");
        if(Miller_Rabin(n))printf("Yes\n");
        else printf("No\n");
    }
    return 0;
}