lintcode 727. 中国剩余定理 chinese-remainder-theorem

python 中国剩余定理 chinese-remainder-theorem

1.题目

描述
给出两个数组 num[0..k - 1] 和 rem[0..k - 1]. 
在数组num[0..k - 1], 所有的元素都是互质的( gcd 为 1 ). 
我们需要找到满足下列条件的最小正数 x:
 x % num[0]    =  rem[0], 
 x % num[1]    =  rem[1], 
 .......................
 x % num[k-1]  =  rem[k-1] 
样例
样例 1:

输入:[3,4,5][2,3,1]
输出:11
解释:
11 是满足以下条件的最小值:
- 除以 3, 得到余数 2。
- 除以 4, 得到余数 3。
- 除以 5, 得到余数 1。
样例 2:

输入:[3,4,5,11][2,3,1,7]
输出:491
解释:
491 是满足以下条件的最小值:
- 除以 3, 得到余数 2。
- 除以 4, 得到余数 3。
- 除以 5, 得到余数 1。
- 除以 11, 得到余数 7。

2.编程思路及代码

solution 1:首先想到的是使用除数中最大的值的倍数+余数,不断增大,直到满足所有要求。可惜Time Limit Exceeded,通不过。

class Solution:
    """
    @param num: the given array
    @param rem: another given array
    @return: The minimum positive number of conditions to meet the conditions
    """
    def remainderTheorem(self, num, rem):
        # write your code here
        mx=max(num)
        ind=num.index(mx)
        mr=rem[ind]
        num.pop(ind)
        rem.pop(ind)
        
        n=len(num)
        k=0
        while True:
            argmin=k*mx+mr
            j=0
            for i in range(n):
                j+=1
                if argmin%num[i]!=rem[i]:
                    break
                if j==n:
                    return argmin
            k+=1

solution 2:开始在网上搜索解决方法,终于找到了孙子定理/中国余数定理。
参考文件[1]和[2]给出了很好的介绍,这里只给出其精华部分。

引自参考文献1
问题1:计算一个整数 [公式] ,使得它满足除以3余2、除以5余3、除以7余2。

如果能够找到三个整数 x 1 , x 2 , x 3 x_1,x_2,x_3x1,x2,x3 ,使得:

x 1 x_1x1 除以3余2、除以5余0、除以7余0;

x 2 x_2x2 除以3余0、除以5余3、除以7余0;

x 3 x_3x3 除以3余0、除以5余0、除以7余2;

x = x 1 + x 2 + x 3 x=x_1+x_2+x_3x=x1+x2+x3,易知x xx 满足除以3余2、除以5余3、除以7余2。

进一步将问题转化为:

x 1 = 2 ∗ y 1 x 2 = 3 ∗ y 2 x 3 = 2 ∗ y 3 x_1=2*y_1\\ x_2=3*y_2\\ x_3=2*y_3x1=2y1x2=3y2x3=2y3,使得:

y 1 y_1y1 除以3余1、除以5余0、除以7余0;

y 2 y_2y2 除以3余0、除以5余1、除以7余0;

y 3 y_3y3 除以3余0、除以5余0、除以7余1;

则:x = 2 ∗ y 1 + 3 ∗ y 2 + 2 ∗ y 3 x=2*y_1+3*y_2+2*y_3x=2y1+3y2+2y3

y 1 满 足 除 以 5 余 0 、 除 以 7 余 0 y_1满足除以5余0、除以7余0y15070,则y 1 = 5 ∗ 7 ∗ k y_1=5*7*ky1=57k

y 1 m o d 3 = 1 , 则 取 k = 2. y_1 \mod 3=1,则取k=2.y1mod3=1k=2.

得到:
x = 2 ∗ 70 + 3 ∗ 21 + 2 ∗ 15 = 233 x=2*70+3*21+2*15=233x=270+321+215=233

最后一步,x对所有除数的乘积取模运算,得到最小的满足解:

x = x m o d ( 3 ∗ 5 ∗ 7 ) = 23 x=x \mod (3*5*7)=23x=xmod(357)=23

本人的实现代码如下:

class Solution:
    """
    @param num: the given array
    @param rem: another given array
    @return: The minimum positive number of conditions to meet the conditions
    """
    def remainderTheorem(self, num, rem):
        # write your code here
        ls=[]
        k=1 
        for item in num:
            k*=item 
            
        for i in range(len(num)):
            elem=k//num[i]
            
            j=1 
            while elem*j%num[i]!=1: #找到最小满足的k值
                j+=1 
            ls.append(elem*j*rem[i])
        res=sum(ls)%k  
        return res

3.其他

如果存在余数相同的项,可通过将对应的除数相乘,这样少了一些项,但是好像也没节约时间。这里就不介绍了。

参考文献

[1] 知乎–中国剩余定理(CRT )
[2] 百度百科–孙子定理


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