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  • 取模运算和取余运算

    编辑发布:webdc   时间:2018/9/10 8:34:12   访问量:1386  评论条:  

    取模运算(“Modulo Operation”)和取余运算(“Complementation ”)两个概念有重叠的部分但又不完全一致。主要的区别在于对负整数进行除法运算时操作不同。取模主要是用于计算机术语中。取余则更多是数学概念。模运算在数论和程序设计中都有着广泛的应用,从奇偶数的判别到素数的判别,从模幂运算到最大公约数的求法,从孙子问题到凯撒密码问题,无不充斥着模运算的身影。虽然很多数论教材上对模运算都有一定的介绍,但多数都是以纯理论为主,对于模运算在程序设计中的应用涉及不多。对于整型数a,b来说,取模运算或者求余运算的方法都是:

    1.求 整数商: c = a/b;

    2.计算模或者余数: r = a - c*b.

    求模运算和求余运算在第一步不同: 取余运算在取c的值时,向0 方向舍入(fix()函数);而取模运算在计算c的值时,向负无穷方向舍入(floor()函数)。

    例如计算:-7 Mod 4

    那么:a = -7;b = 4;

    第一步:求整数商c,如进行求模运算c = -2(向负无穷方向舍入),求余c = -1(向0方向舍入);

    第二步:计算模和余数的公式相同,但因c的值不同,求模时r = 1,求余时r = -3。

    归纳:当a和b符号一致时,求模运算和求余运算所得的c的值一致,因此结果一致。

    当符号不一致时,结果不一样。求模运算结果的符号和b一致,求余运算结果的符号和a一致。

    另外各个环境下%运算符的含义不同,比如c/c++,java 为取余,而python则为取模。

    补充:

    7 mod 4 = 3(商 = 1 或 2,1<2,取商=1)

    -7 mod 4 = 1(商 = -1 或 -2,-2<-1,取商=-2)

    7 mod -4 = -1(商 = -1或-2,-2<-1,取商=-2)

    -7 mod -4 = -3(商 = 1或2,1<2,取商=1)

    这里模是4,取模其实全称应该是取模数的余数,或取模余。

    增加补充内容(以上五行)后,被爱吉吉桑修改商值,但是括号内容不变,出现奇怪矛盾。

    在python下 % 运算符代表取模,如要修改,请先用python做

    -7 % 4

    运算,或其它语言做取模运算验证,理解后再动手。

    概念

     

    定义

    给定一个正整数p,任意一个整数n,一定存在等式 :

    n = kp + r ;

    其中 k、r 是整数,且 0 ≤ r < p,则称 k 为 n 除以 p 的商,r 为 n 除以 p 的余数。

    对于正整数 p 和整数 a,b,定义如下运算:

    取模运算:a % p(或a mod p),表示a除以p的余数。

    模p加法: ,其结果是a+b算术和除以p的余数。

    模p减法: ,其结果是a-b算术差除以p的余数。

    模p乘法: ,其结果是 a * b算术乘法除以p的余数。

    说明:

    1. 同余式:正整数a,b对p取模,它们的余数相同,记做 或者a ≡ b (mod p)。

    2. n % p 得到结果的正负由被除数n决定,与p无关。例如:7%4 = 3, -7%4 = -3, 7%-4 = 3, -7%-4 = -3。

    基本性质

    1. < >p|(a-b),则a≡b (% p)。例如 11 ≡ 4 (% 7),18 ≡ 4(% 7)

      (a % p)=(b % p)意味a≡b (% p)

    2. < >a≡b (% p)等价于b≡a (% p)< >a≡b (% p)且b≡c (% p) ,则a≡c (% p)运算规则

       

      模运算与基本四则运算有些相似,但是除法例外。其规则如下:

    3. (a + b) % p = (a % p + b % p) % p (1)

    4. (a - b) % p = (a % p - b % p) % p (2)

    5. (a * b) % p = (a % p * b % p) % p (3)

    6. a ^ b % p = ((a % p)^b) % p (4)

    7. < >((a+b) % p + c) % p = (a + (b+c) % p) % p (5)

       

      ((a*b) % p * c)% p = (a * (b*c) % p) % p (6)

    8. < >(a + b) % p = (b+a) % p (7)

       

      (a * b) % p = (b * a) % p (8)

    9. < >(a+b) % p = ( a % p + b % p ) % p (9)

       

      ((a +b)% p * c) % p = ((a * c) % p + (b * c) % p) % p (10)

      重要定理

    10. < >a≡b (% p),则对于任意的c,都有(a + c) ≡ (b + c) (%p);(11)< >a≡b (% p),则对于任意的c,都有(a * c) ≡ (b * c) (%p);(12)< >a≡b (% p),c≡d (% p),则 (a + c) ≡ (b + d) (%p),(a - c) ≡ (b - d) (%p),(a * c) ≡ (b * d) (%p),(a / c) ≡ (b / d) (%p); (13)

       

    sjfakl