问题描述
设n>1是一个整数。关于整数n的因子分解问题是找出n的如下形式的唯一分解式:。其中,p1<p2<…<pk是k个素数,m1,m2,…,mk是k个正整数。如果n是一个合数,则n必有一个非平凡因子x,1<x<n,使得x可以整除n。给定一个合数n,求n的一个非平凡因子的问题称为整数n的因子分割问题。
下面算法split(n)可以对整数因子分割:
int Split(int n)
{
int m = floor(sqrt(double(n)));
for (int i=2; i<=m; i++)
{
if (n%i==0)
{
return i;
}
}
return 1;
}
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算法split(n)是对范围在1~x的所有整数进行了试除而得到范围在1~x^2的任一整数的因子分割。
Pollard p - 1 方法由Pollard 于1974 年提出,用来找到给定合数n的一个因子d。Pollard算法用于Split(n)相同工作量就可以得到在1~x^4范围内整数的因子分割。具体过程如下:在开始时选取0~n-1范围内的随机数,然后递归地由
产生无穷序列对于i=2^k,k=0,1,.....以及2^k<j<=2^(k+1),算法计算出xj-xi与n的最大公因子d=gcd(xj-xi,n)。如果d是n的非平凡因子,则实现对n的一次分割,算法输出n的因子d。
算法具体实现如下:其中gcd(a,b)是求两个整数最大公因素的欧几里得算法。
//随机化算法 拉斯维加斯算法 因子分割问题
#include "stdafx.h"
#include "RandomNumber.h"
#include
using namespace std;
//求整数a和b最大公因数的欧几里得算法
int gcd(int a,int b)
{
if(b==0)
{
return a;
}
else
{
return gcd(b,a%b);
}
}
//求整数n因子分割的拉斯维加斯算法
void Pollard(int n)
{
RandomNumber rnd;
int i = 1;
int x = rnd.Random(n); //随机整数
int y = x;
int k = 2;
while(true)
{
i++;
x = (x*x - 1) % n; //x[i]=(x[i-1]^2-1) mod n
int d = gcd(y-x,n); //求n的非平凡因子
if((d>1) && (d{
cout<return;
}
if(i == k)
{
y = x;
k *= 2;
}
}
}
int main()
{
int n = 1024;
cout<Pollard(n);
return 0;
}
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#include"time.h"
//随机数类
const unsigned long maxshort = 65536L;
const unsigned long multiplier = 1194211693L;
const unsigned long adder = 12345L;
class RandomNumber
{
private:
//当前种子
unsigned long randSeed;
public:
RandomNumber(unsigned long s = 0);//构造函数,默认值0表示由系统自动产生种子
unsigned short Random(unsigned long n);//产生0:n-1之间的随机整数
double fRandom(void);//产生[0,1)之间的随机实数
};
RandomNumber::RandomNumber(unsigned long s)//产生种子
{
if(s == 0)
{
randSeed = time(0);//用系统时间产生种子
}
else
{
randSeed = s;//由用户提供种子
}
}
unsigned short RandomNumber::Random(unsigned long n)//产生0:n-1之间的随机整数
{
randSeed = multiplier * randSeed + adder;//线性同余式
return (unsigned short)((randSeed>>16)%n);
}
double RandomNumber::fRandom(void)//产生[0,1)之间的随机实数
{
return Random(maxshort)/double(maxshort);
}
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运行结果:
对Pollard算法更深入的分析可知,执行算法的while循环约次后,Pollard算法会输出n的一个因子p。由于n的最小素因子
,故Pollard算法可在O(n^(1/4))时间内找到n的一个素因子。在上述Polllard算法中还可将产生序列Xi的递归式改作
Xi=(Xi-1^2-c)mod n,其中,c是一个不等于0和2的整数。
参考文献:王晓东《算法设计与分析》第二版