Министерство образования Российской Федерации Ярославский Государственный Университет им. П.Г. Демидова Курсовая работа По дисциплине "Алгебра" Быстрые вычисления с целыми числами и полиномами Выполнил: Студент группы КБ-11 Сбоев А.В. Проверил: Дурнев В.Г. Ярославль, 2003 Содержание 1. Введение. Сложность теоретико-числовых алгоритмов. 2. Полиномиальные алгоритмы 2.1 Алгоритм вычисления ad mod m 2.2 Дихотомический алгоритм возведения в степень 2.3 Алгоритм Евклида 2.4 Алгоритм решения уравнения ax + by = 1 3. Полиномиальная арифметика 3.1 Алгоритм нахождения делителей многочлена f(x) в кольце Fp[x] 3.2 Произведение и возведение в степень многочленов, заданных массивами 3.3 Небольшие оптимизации для произведения многочленов 3.4 Вычисление полиномов 3.4.1 Схема Горнера 3.4.2 Интерполяционная формула Ньютона и табулирование значений многочлена 4. Дискретное логарифмирование 1. Введение. Сложность теоретико-числовых алгоритмов
    Сложность алгоритмов теории чисел обычно принято измерять количеством арифметических операций (сложений, вычитаний, умножений и делений с остатком), необходимых для выполнения всех действий, предписанных алгоритмом. Впрочем, это определение не учитывает величины чисел, участвующих в вычислениях. Ясно, что перемножить два стозначных числа значительно сложнее, чем два однозначных, хотя при этом и в том, и в другом случае выполняется лишь одна арифметическая операция. Поэтому иногда учитывают ещё и величину чисел, сводя дело к так называемым побитовым операциям, т. е. Оценивая количество необходимых операций с цифрами 0 и 1, в двоичной записи чисел. Это зависит от рассматриваемой задачи, целей автора и т. д.
    На первый взгляд странным также кажется, что операции умножения и деления приравниваются по сложности к операциям сложения и вычитания. Житейский опыт подсказывает, что умножать числа значительно сложнее, чем складывать их. В действительности же, вычисления можно организовать так, что на умножение или деление больших чисел понадобится не намного меньше битовых операций, чем на сложение. Существует алгоритм Шенхаге - Штрассена, основанный на так называемом быстром преобразовании Фурье, и требующий O(n ln n lnln n) битовых операций для умножения двух n-разрядных двоичных чисел. Таким же количеством битовых операций можно обойтись при выполнении деления с остатком двух двоичных чисел, записываемых не более чем n цифрами. Для сравнения отметим, что сложение n-разрядных двоичных чисел требует O(n) битовых операций.
    Говоря о сложности алгоритмов, мы будем иметь в виду количество арифметических операций. При построении эффективных алгоритмов и обсуждении верхних оценок сложности обычно хватает интуитивных понятий той области математики, которой принадлежит алгоритм. Формализация же этих понятий требуется лишь тогда, когда речь идёт об отсутствии алгоритма или доказательстве нижних оценок сложности. 2. Полиномиальные алгоритмы
    Четыре приведённых ниже алгоритма относятся к разряду так называемых полиномиальных алгоритмов. Это название носят алгоритмы, сложность которых оценивается сверху степенным образом в зависимости от длины записи входящих чисел. Если наибольшее из чисел, подаваемых на вход алгоритма, не превосходит m, то сложность алгоритмов этого типа оценивается величиной O(lncm), где c - некоторая абсолютная постоянная. ............