矩阵快速幂（教主传授）

教主传授

快速幂的思想：

假设我们要求a^b，最朴素的方法就是不断地乘a，乘b次，复杂度O(b)。
如果b很大，10^9，就需要用快速幂的思想。
例：a=3，b=100；
100的二进制为：1100100
也就是100可以化成64+32+4。
所以原数可以化成a^64*a^32*a^4

算法流程：
判断1100100的每一位是否为1，如果是1，就乘对应的二进制次幂。以此类推，直到乘完全部的位数。
时间复杂度O(log n)

代码：

int quickpow(int a,int b){ans=1; while(b){if(b&1) ans*=a;a*=a;b>>=1;}return ans;
}

矩阵与DP
a[i]=a[i-1]+b[i-1]+1,b[i]=2*a[i-1]-5 ;a[1]=1,b[1]=1,问a[x]=?,b[x]=?
很简单的递推，一步步推即可，但是，如果x是10^9，如何推？
思维：递推式可以化为矩阵乘积

那么，矩阵A[i]=A[i-1]*B;
A[i+1]=A[i]*B=A[i-1]*B*B
A[x]=A[1]*B*B*B.......=A[1]*( B^(x-1) );
因为矩阵乘积可以换乘积顺序，所以可以先算出B^(x-1)，如何计算呢？
快速幂！

问题迎刃而解~

1.构造出递推矩阵
2.对构造出的矩阵B，进行B^x的快速幂，乘积换成矩阵乘法。
3.最后矩阵的第一行第一列和第二列就是a[x]和a[y]。

其实快速幂和矩阵快速幂是异曲同工,但是往往构造矩阵是难点，转载一个别人博客写的矩阵构造方法：

Fibonacci数列：F(0)=1 , F(1)=1 , F(n)=F(n-1)+F(n-2)

我们以前快速求Fibonacci数列第n项的方法是构造常系数矩阵

（一） Fibonacci数列f[n]=f[n-1]+f[n-2],f[1]=f[2]=1的第n项快速求法（不考虑高精度）

解法：

考虑1×2的矩阵【f[n-2],f[n-1]】。根据Fibonacci数列的递推关系，我们可以通过乘以一个2×2的矩阵A，得到矩阵：【f[n-1],f[n]】。

即：【f[n-2],f[n-1]】*A = 【f[n-1],f[n]】=【f[n-1],f[n-1]+f[n-2]】

很容易构造出这个2×2矩阵A，即：
０１
１１

所以，有【f[1],f[2]】×A＝【f[2],f[3]】
又因为矩阵乘法满足结合律，故有：
【f[1],f[2]】×A ^(n-1) =【f[n],f[n+1]】
这个矩阵的第一个元素f[n]即为所求。

（二）数列f[n]=f[n-1]+f[n-2]+1,f[1]=f[2]=1的第n项的快速求法（不考虑高精度）

解法：
仿照前例，考虑1×3的矩阵【f[n-2],f[n-1],1】，希望求得某3×3的矩阵A，使得此1×3的矩阵乘以A得到矩阵：【f[n-1],f[n],1】

即：【f[n-2],f[n-1],1】* A ＝【f[n-1],f[n],1】=【f[n-1],f[n-1]+f[n-2]+1,1】

容易构造出这个3×3的矩阵A，即：
０１０
１１０
０１１

故：【f[1],f[2],1】* A^(n-1) = 【f[n],f[n+1],1】

（三）数列f[n]=f[n-1]+f[n-2]+n+1,f[1]=f[2]=1的第n项的快速求法（不考虑高精度）.
解法：
仿照前例，考虑1×4的矩阵【f[n-2],f[n-1],n,1】，希望求得某4×4的矩阵A，使得此1×4的矩阵乘以A得到矩阵：【f[n-1],f[n],n+1,1】
即：【f[n-2],f[n-1],n,1】* A = 【f[n-1],f[n],n+1,1】＝【f[n-1],f[n-1]+f[n-2]+n+1,n+1,1】
容易构造出这个4×4的矩阵A，即：
０１００
１１００
０１１０
０１１１

故：【f[1],f[2],3,1】* A^(n-1) = 【f[n],f[n+1],n+2,1】

（四）数列f[n]=f[n-1]+f[n-2],f[1]=f[2]=1的前n项和s[n]=f[1]+f[2]+……+f[n]的快速求法（不考虑高精度）.
解法：

仿照之前的思路，考虑1×3的矩阵【f[n-2],f[n-1],s[n-2]】，我们希望通过乘以一个3×3的矩阵A，得到1×3的矩阵：【f[n-1],f[n],s[n-1]】
即：【f[n-2],f[n-1],s[n-2]】 * A = 【f[n-1],f[n],s[n-1]】=【f[n-1],f[n-1]+f[n-2],s[n-2]+f[n-1]】
容易得到这个3×3的矩阵A是：
０１０
１１１
００１

这种方法的矩阵规模是(r+1)*(r+1)

f(1)=f(2)=s(1)=1 ，所以，有

【f(1),f(2),s(1)】* A = 【f(2),f(3),s(2)】

故：【f(1),f(2),s(1)】* A^(n-1) = 【f(n),f(n+1),s(n)】

（五）数列f[n]=f[n-1]+f[n-2]+n+1,f[1]=f[2]=1的前n项和s[n]=f[1]+f[2]+……+f[n]的快速求法（不考虑高精度）.
解法：

考虑1×5的矩阵【f[n-2],f[n-1],s[n-2],n,1】,
我们需要找到一个5×5的矩阵A，使得它乘以A得到如下1×5的矩阵【f[n-1],f[n],s[n-1],n+1,1】
即：【f[n-2],f[n-1],s[n-2],n,1】* A =【f[n-1],f[n],s[n-1],n+1,1】
=【f[n-1], f[n-1]+f[n-2]+n+1,s[n-2]+f[n-1],n+1,1】
容易构造出A为：
０１０００
１１１００
００１００
０１０１０
０１０１１

故：【f(1),f(2),s(1),3,1】* A^(n-1) = 【f(n),f(n+1),s(n),n+2,1】

一般地，如果有f[n]=p*f[n-1]+q*f[n-2]+r*n+s
可以构造矩阵A为：
0 q 0 0 0
1 p 1 0 0
0 0 1 0 0
0 r 0 1 0
0 s 0 1 1

传送门——>快速幂基本思想

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