快速求正整数次幂

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快速求正整数次幂，当然不能直接死乘。举个例子：

3 ^ 999 = 3 * 3 * 3 * … * 3

直接乘要做998次乘法。但事实上可以这样做，先求出2^k次幂：

3 ^ 2 = 3 * 3

3 ^ 4 = (3 ^ 2) * (3 ^ 2)

3 ^ 8 = (3 ^ 4) * (3 ^ 4)

3 ^ 16 = (3 ^ 8) * (3 ^ 8)

3 ^ 32 = (3 ^ 16) * (3 ^ 16)

3 ^ 64 = (3 ^ 32) * (3 ^ 32)

3 ^ 128 = (3 ^ 64) * (3 ^ 64)

3 ^ 256 = (3 ^ 128) * (3 ^ 128)

3 ^ 512 = (3 ^ 256) * (3 ^ 256)

再相乘：

3 ^ 999

= 3 ^ (512 + 256 + 128 + 64 + 32 + 4 + 2 + 1)

= (3 ^ 512) * (3 ^ 256) * (3 ^ 128) * (3 ^ 64) * (3 ^ 32) * (3 ^ 4) * (3 ^ 2) * 3

这样只要做16次乘法。即使加上一些辅助的存储和运算，也比直接乘高效得多（尤其如果这里底数是成百上千位的大数字的话）。

我们发现，把999转为2进制数：1111100111，其各位就是要乘的数。这提示我们利用求二进制位的算法（其中mod是模运算）：

REVERSE_BINARY(n)

1 while (n > 0)

2 do output (n mod 2)

3 n ← n / 2

这个算法给出正整数n的反向二制进位，如6就给出011（6的二进制表示为110）。事实上这个算法对任意的p进制数是通用的，只要把其中的2换成p就可以了。

如何把它改编为求幂运算？我们发现这个算法是从低位向高位做的，而恰好我们求幂也想从低次幂向高次幂计算（参看前面的例子）。而且我们知道前面求出的每个2^k次幂只参与一次乘法运算，这就提示我们并不把所有的中间结果保存下来，而是在计算出它们后就立即运算。于是，我们要做的就是把输出语句改为要做的乘法运算，并在n减少的同时不断地累积求2^k次幂。

还是看算法吧：

POWER_INTEGER(x, n)

1 pow ← 1

2 while (n > 0)

3 do if (n mod 2 = 1)

4 then pow ← pow * x

5 x ← x * x

6 n ← n / 2

7 return pow

不难看出这个算法与前面算法的关系。在第1步给出结果的初值1，在while循环内进行运算。3、4中的if语句就来自REVERSE_BINARY的输出语句，不过改成了如果是1则向pow中乘。5句则是不断地计算x的2^k次幂，如对前面的例子就是计算2^2、2^4、2^8、…、2^512。

应该指出，POWER_INTEGER比前面分析的要再多做两次乘法，一次是向pow中第一次乘x，如2^1也要进行这个乘法；另一次则是在算法的最后，n除以2后该跳出循环，而前面一次x的自乘就浪费掉了（也可以考虑改变循环模式优化掉它）。另外，每趟while循环都要进行一次除法和一次模运算，这多数情况下除法和模运算都比乘法慢许多，不过好在我们往往可以用位运算来代替它。

c++代码：

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstring>
using namespace std;
int fuck(int a,int n)
{
int num=1;
if(n==0)
return 1;
else
{
while(n>0)
{
if(n%2==1) // (n&1) == (n%2==1)  用运算感觉要快一些。
{
num*=a;
}
a*=a;
n>>1;   //(n/=2)==(n>>1) 同理。
}
return num;
}
}

int main()
{
printf("%d\n",fuck(2,4));
return 0;
}