BSGS (大步小步算法)

已知\(a、b、 c\),求\(x\)。令\(a^x \equiv b \pmod c\)。

步骤

\[m = \lceil \sqrtc\ \rceil $$$$x = i*m-j\ \ (i\in[1, m], j\in[0, m])$$$$a^{i*m-j} \equiv b \pmod c$$$$a^{i*m}\equiv b*a^j \pmod c
\]

枚举\(a^j(j\in[0, m])\)放入\(hash\)表里面,再枚举\(a^{i*m}\),在\(hash\)表里面找有没有相同,如若有相同的那么就存在。

如果在询问较多的情况下,可以把\(bm = \lceil c^{\frac{2}{3}}\rceil\)、\(gm = \lceil c^{\frac{1}{3}}\rceil\)\((i\in[1,gm],j\in[0, bm])\)

实现代码

struct Hash{
int head[maxm], cnt, mod;
struct Node{
int v, id, next;
}node[maxn];
void init(){
mes(head, -1);
cnt = 0;
mod = 1333331;
}
void insert(int x, int id){
int u = x%mod;
node[++cnt].v = x;
node[cnt].id = id;
node[cnt].next = head[u];
head[u] = cnt;
}
int find(int x){
int u = x%mod;
for(int i = head[u]; ~i; i = node[i].next){
if(node[i].v == x)
return node[i].id;
}
return -1;
}
}hs; ll qpow(ll a, ll b, int mod){
ll ans = 1;
while(b){
if(b&1)
ans = ans*a%mod;
a = a*a%mod;
b /= 2;
}
return ans;
}
struct BSGS{
int bm, gm, a, b, x0, p; void init(){
bm = (int)ceil(pow(p, 2.0/3));
gm = (int)ceil(pow(p, 1.0/3));
ll ans = 1;
hs.init();
for(int i = 0; i <= bm; i++){ //a^(i*bm - j)%p = b;
hs.insert(ans, i);
ans = ans*a%p;
}
} ll get(ll v){
v = qpow(v, p-2, p);
ll num = qpow(a, bm, p);
for(int i = 1; i <= gm; i++){
v = v*num%p;
int ans = hs.find(v);
if(ans != -1)
return 1ll*i*bm - ans;
}
return -1;
}
}bsgs;

例题

牛客多校训练营第五场 - generator 2

\(x_n = (a*x_{n-1} + b)\%p\),给你\(n、x_0、a、b、p\),\(Q\)个询问在\(x_0,x_1,x_2...,x_{n-1}\)找到最小符合\(x_i = v\)的\(i\),不存在输出\(-1\)。

思路

\[x_n = a*x_{n-1} + b$$$$x_n = a^n *x_0+b*\frac{1-a^n}{1-a}$$$$a^n = \frac{(a-1)_*x_n+b}{(a-1)*x_0+b}$$$$x_n = v, 令B = \frac{(a-1)_*v+b}{(a-1)*x_0+b}$$所以就是求$$a^n \equiv B\pmod p
\]

\(a = 0、a = 1\)的情况要特殊考虑一下

AC代码

#include <map>
#include <set>
#include <list>
#include <ctime>
#include <cmath>
#include <stack>
#include <queue>
#include <cfloat>
#include <string>
#include <vector>
#include <cstdio>
#include <bitset>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <iostream>
#include <algorithm>
#define lowbit(x) x & (-x)
#define mes(a, b) memset(a, b, sizeof a)
#define fi first
#define se second
#define pb push_back
#define pii pair<int, int> typedef unsigned long long int ull;
typedef long long int ll;
const int maxn = 1e6 + 10;
const int maxm = 2e6 + 10;
const ll INF = 1e18 + 100;
const int inf = 0x3f3f3f3f;
const double pi = acos(-1.0);
const double eps = 1e-8;
using namespace std; int n, m;
int cas, tol, T;
struct Hash{
int head[maxm], cnt, mod;
struct Node{
int v, id, next;
}node[maxn];
void init(){
mes(head, -1);
cnt = 0;
mod = 1333331;
}
void insert(int x, int id){
int u = x%mod;
node[++cnt].v = x;
node[cnt].id = id;
node[cnt].next = head[u];
head[u] = cnt;
}
int find(int x){
int u = x%mod;
for(int i = head[u]; ~i; i = node[i].next){
if(node[i].v == x)
return node[i].id;
}
return -1;
}
}hs; ll qpow(ll a, ll b, int mod){
ll ans = 1;
while(b){
if(b&1)
ans = ans*a%mod;
a = a*a%mod;
b /= 2;
}
return ans;
}
struct BSGS{
int bm, gm, a, b, x0, p; void init(){
bm = (int)ceil(pow(p, 2.0/3));
gm = (int)ceil(pow(p, 1.0/3));
ll ans = 1;
hs.init();
for(int i = 0; i <= bm; i++){ //a^(i*bm - j)%p = b;
hs.insert(ans, i);
ans = ans*a%p;
}
} ll get(ll v){
v = qpow(v, p-2, p);
ll num = qpow(a, bm, p);
for(int i = 1; i <= gm; i++){
v = v*num%p;
int ans = hs.find(v);
if(ans != -1)
return 1ll*i*bm - ans;
}
return -1;
}
}bsgs; int main() {
scanf("%d", &T);
while(T--){
ll n,x0, a, b, p;
scanf("%lld%lld%lld%lld%lld", &n, &x0, &a, &b, &p);
bsgs.x0 = x0; bsgs.a = a; bsgs.b = b; bsgs.p = p;
bsgs.init();
int q;ll v;
scanf("%d", &q);
ll inv = ((a-1)*x0%p+b+p)%p;
if(inv == 0){
while(q--){
scanf("%lld", &v);
if(x0 == v)
printf("0\n");
else
printf("-1\n");
}
continue;
}
if(a == 0){
while(q--){
scanf("%lld", &v);
if(v == x0) //x = x0;
printf("0\n");
else if(v == b) //xn = b
printf("1\n");
else
printf("-1\n"); //无解
continue;
}
continue;
}
if(a == 1){ //xn = x0 + nb;
ll invb = qpow(b, p-2,p);
while(q--){
scanf("%lld", &v);
if(b == 0){
if(v == x0)
printf("0\n");
else
printf("-1\n");
}
else{ // n = (v - x0)/b;
ll ans = ((v-x0+p) % p * invb%p + p)%p;
if(ans < n)
printf("%lld\n", ans);
else
printf("-1\n");
}
}
continue;
}
inv = qpow(inv, p-2, p);
while(q--){
scanf("%lld", &v);
v = ((a-1)*v%p+b+p)%p*inv%p;
ll ans = bsgs.get(v);
if(ans == -1 || ans >= n)
printf("-1\n");
else
printf("%lld\n", ans);
}
}
return 0;
}

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