#define max _cpp_max
#endif
+#ifdef DEBUG
+#include <iostream>
+#endif
+
#include <deque>
#include <utility>
#include <algorithm>
#include <iomanip>
+#include <cassert>
+
+#ifdef _WIN32
+// VC++ no tiene la stdint.h, se agrega a mano
+#include "stdint.h"
+#else
#include <stdint.h>
+#endif
enum sign_type { positive, negative };
// Constructores (después de construído, el chunk siempre tiene al
// menos un elemento).
// Constructor default (1 'átomo con valor 0)
- number(): chunk(1, 0) {}
+ number(): chunk(1, 0), sign(positive) {}
// Constructor a partir de buffer (de 'átomos') y tamaño
// Copia cada elemento del buffer como un 'átomo' del chunk
// (el átomo menos significativo es el chunk[0] == buf[0])
- number(native_type* buf, size_type len, sign_type sign = positive):
- chunk(buf, buf + len), sign(sign)
+ number(native_type* buf, size_type len, sign_type s = positive):
+ chunk(buf, buf + len), sign(s)
{
fix_empty();
}
// Constructor a partir de un 'átomo' (lo asigna como único elemento
// del chunk). Copia una vez N en el vector.
- number(native_type n, sign_type sign = positive):
- chunk(1, n), sign(sign) {}
+ number(native_type n, sign_type s = positive):
+ chunk(1, n), sign(s) {}
- // TODO constructor a partir de string.
+ number(const std::string& str);
// Operadores
number& operator++ ()
return *this;
}
- number& operator+= (const number& n);
- number& operator*= (const number& n);
+ number& operator+= (const number& n);
+ number& operator*= (const number& n);
number& operator<<= (const size_type n);
+ number& operator-= (const number& n);
+ bool operator< (const number& n) const;
+ bool operator== (const number& n) const;
// Devuelve referencia a 'átomo' i del chunk (no debería ser necesario
// si la multiplicación es un método de este objeto).
// Atributos
//private:
- chunk_type chunk;
+ mutable chunk_type chunk;
sign_type sign;
// Helpers
- // Normaliza las longitudes de 2 numbers, completando con 0s a la izquierda
- // al más pequeño. Sirve para División y Conquista
- number& normalize_length(const number& n);
// parte un número en dos mitades de misma longitud, devuelve un par de
// números con (low, high)
std::pair< number, number > split() const;
else
chunk.push_back(1);
}
+ // Propaga borrow a partir del 'átomo' i (resta 1 al 'átomo' i propagando
+ // borrow)
+ void borrow(size_type i)
+ {
+ // para poder pedir prestado debo tener uno a la izquierda
+ assert (chunk.size() >= i);
+
+ if (chunk[i] == 0)
+ {
+ borrow(i+1); // Overflow, pido prestado
+ chunk[i] = ~((N)0); //quedo con el valor máximo
+ }
+ else
+ {
+ --chunk[i]; //tengo para dar, pero pierdo uno yo
+ }
+ }
+ // Verifica si es un número par
+ bool es_impar() const
+ {
+ return chunk[0] & 1; // Bit menos significativo
+ }
+ // Divide por 2.
+ number dividido_dos() const
+ {
+ number n = *this;
+ bool lsb = 0; // bit menos significativo
+ bool msb = 0; // bit más significativo
+ for (typename chunk_type::reverse_iterator i = n.chunk.rbegin();
+ i != n.chunk.rend(); ++i)
+ {
+ lsb = *i & 1; // bit menos significativo
+ *i >>= 1; // shift
+ // seteo bit más significativo de ser necesario
+ if (msb)
+ *i |= 1 << (sizeof(native_type) * 8 - 1);
+ msb = lsb;
+ }
+ return n;
+ }
};
+template < typename N, typename E >
+number< N, E >::number(const std::string& origen)
+{
+ const N MAX_N = (~( (N)0 ) );
+ E increment = 0;
+ E acum = 0;
+
+ unsigned length = origen.length();
+ unsigned number_offset = 0;
+
+ while (number_offset<length)
+ {
+ // si encuentro un signo + ó - corto
+ if (!isdigit(origen[length-number_offset-1]))
+ break;
+
+ increment = (10*number_offset)*(origen[length-number_offset-1]-'0');
+ if ((acum + increment) > MAX_N)
+ {
+ chunk.push_back(acum);
+ }
+
+ }
+
+
+}
+
template < typename N, typename E >
number< N, E >& number< N, E >::operator+= (const number< N, E >& n)
{
+ // Si tienen distinto signo, restamos...
+ if (sign != n.sign)
+ {
+ if (sign == positive) // n es negativo
+ {
+ number< N, E > tmp = n;
+ tmp.sign = positive;
+ *this -= tmp;
+ }
+ else // n es positivo, yo negativo
+ {
+ sign = positive;
+ *this = n - *this;
+ }
+ return *this;
+ }
+
native_type c = 0;
size_type ini = 0;
size_type fin = std::min(chunk.size(), n.chunk.size());
return tmp;
}
+template < typename N, typename E >
+number< N, E >& number< N, E >::operator-= (const number< N, E >& n)
+{
+ // minuendo - substraendo
+ number< N, E > minuend;
+ number< N, E > subtrahend;
+
+ // voy a hacer siempre el mayor menos el menor
+ if (*this < n)
+ {
+ minuend = n;
+ subtrahend = *this;
+ //minuendo < sustraendo => resultado negativo
+ minuend.sign = negative;
+ }
+ else
+ {
+ minuend = *this;
+ subtrahend = n;
+ //minuendo > sustraendo => resultado positivo
+ minuend.sign = positive;
+ }
+
+ size_type ini = 0;
+ size_type fin = std::min(minuend.chunk.size(), subtrahend.chunk.size());
+ size_type i; //problema de VC++, da error de redefinición
+
+ //estoy seguro de que minuend > subtrahend, con lo cual itero hasta el size del
+ //menor de los dos. Si el otro es más grande, puede ser que esté lleno de 0's pero
+ //no puede ser realmente mayor como cifra
+ for (i = ini; i < fin; ++i)
+ {
+ // si no alcanza para restar pido prestado
+ if ((minuend.chunk[i] < subtrahend.chunk[i]))
+ {
+ // no puedo pedir si soy el más significativo ...
+ assert (i != fin);
+
+ // le pido uno al que me sigue
+ minuend.borrow(i+1);
+ }
+
+ // es como hacer 24-5: el 4 pide prestado al 2 (borrow(i+1)) y después
+ // se hace 4 + (9-5) + 1
+
+ minuend.chunk[i] += (~((N)0) - subtrahend.chunk[i]) + 1;
+ }
+
+ //retorno el minuendo ya restado
+ *this = minuend;
+ return *this;
+}
+
+template < typename N, typename E >
+number< N, E > operator- (const number< N, E >& n1, const number< N, E >& n2)
+{
+ number< N, E > tmp = n1;
+ tmp -= n2;
+ return tmp;
+}
+
+
+template < typename N, typename E >
+bool number< N, E >::operator< (const number< N, E >& n) const
+{
+ if (sign != n.sign)
+ {
+ if (sign == positive) // yo positivo, n negativo
+ return false; // yo soy más grande
+ else // yo negagivo, n positivo
+ return true; // n es más grande
+ }
+
+ size_type i; //problema de VC++, da error de redefinición
+
+ if (chunk.size() > n.chunk.size()) // yo tengo más elementos
+ {
+ // Recorro los bytes más significativos (que tengo sólo yo)
+ for (i = n.chunk.size(); i < chunk.size(); ++i)
+ {
+ if (chunk[i] != 0) // Si tengo algo distinto a 0
+ {
+ return false; // Entonces soy más grande
+ }
+ }
+ }
+ else if (chunk.size() < n.chunk.size()) // n tiene más elementos
+ {
+ // Recorro los bytes más significativos (que tiene sólo n)
+ for (i = chunk.size(); i < n.chunk.size(); ++i)
+ {
+ if (chunk[i] != 0) // Si n tiene algo distinto a 0
+ {
+ return true; // Entonces soy más chico
+ }
+ }
+ }
+ // sigo con la intersección de ambos
+ size_type fin = std::min(chunk.size(), n.chunk.size());
+ i = fin;
+ while (i != 0) {
+ --i;
+
+ if (chunk[i] < n.chunk[i]) // Si es menor
+ {
+ return true;
+ }
+ else if (chunk[i] > n.chunk[i]) // Si es mayor
+ {
+ return false;
+ }
+ // Si es igual tengo que seguir viendo
+ }
+
+ return false; // Son iguales
+}
+
// efectúa un shifteo a izquierda del chunk, agregando 0s en los casilleros menos significativos
template < typename N, typename E >
number< N, E >& number< N, E >::operator<<= (size_type n)
return tmp;
}
-template < typename N, typename E >
-std::ostream& operator<< (std::ostream& os, const number< N, E >& n)
+template < typename NN, typename EE >
+std::ostream& operator<< (std::ostream& os, const number< NN, EE >& n)
{
// FIXME sacar una salida bonita en ASCII =)
- for (typename number< N, E >::const_iterator i = n.chunk.begin();
- i != n.chunk.end(); ++i)
- os << std::setfill('0') << std::setw(sizeof(N) * 2) << std::hex
+ if (n.sign == positive)
+ os << "+ ";
+ else
+ os << "- ";
+ typename number< NN, EE >::const_reverse_iterator i = n.chunk.rbegin();
+ typename number< NN, EE >::const_reverse_iterator end = n.chunk.rend();
+ for (; i != end; ++i)
+ os << std::setfill('0') << std::setw(sizeof(NN) * 2) << std::hex
<< *i << " ";
return os;
}
+template < typename N, typename E >
+bool number< N, E >::operator==(const number< N, E >& n) const
+{
+ if (sign != n.sign)
+ {
+ return false;
+ }
+
+ size_type ini = 0;
+ size_type fin = std::min(chunk.size(), n.chunk.size());
+ size_type i; //problema de VC++, da error de redefinición
+
+ // "intersección" entre ambos chunks
+ // +-----+-----+------+------+
+ // | | | | | <--- mio
+ // +-----+-----+------+------+
+ // +-----+-----+------+
+ // | | | | <--- chunk de n
+ // +-----+-----+------+
+ //
+ // |------------------|
+ // Esto se procesa en este for
+ for (i = ini; i < fin; ++i)
+ {
+ if (chunk[i] != n.chunk[i])
+ {
+ return false;
+ }
+ }
+
+ // si mi chunk es más grande que el del otro, sólo me queda
+ // ver si el resto es cero.
+ chunk_type const *chunk_grande = 0;
+ if (chunk.size() > n.chunk.size())
+ {
+ chunk_grande = &chunk;
+ fin = chunk.size() - n.chunk.size();
+ }
+ else if (chunk.size() < n.chunk.size())
+ {
+ chunk_grande = &n.chunk;
+ fin = n.chunk.size() - chunk.size();
+ }
+ if (chunk_grande) // Si tienen tamaños distintos, vemos que el resto sea cero.
+ {
+ for (; i < fin; ++i) // Sigo desde el i que había quedado
+ {
+ if ((*chunk_grande)[i] != 0)
+ {
+ return false;
+ }
+ }
+ }
+ return true; // Son iguales
+}
+
template < typename N, typename E >
number< N, E >& number< N, E >::operator*= (const number< N, E >& n)
{
- //number < N, E > r_op = n;
- //normalize_length(n);
- //n.normalize_length(*this);
*this = naif(*this, n);
return *this;
}
return naif(n1, n2);
}
-template < typename N, typename E >
-number< N, E >& number< N, E >::normalize_length(const number< N, E >& n)
-{
- // si son de distinto tamaño tengo que agregar ceros a la izquierda al
- // menor para división y conquista
- while (chunk.size() < n.chunk.size())
- {
- chunk.push_back(0);
- }
-
- // si no tiene cantidad par de números le agrego un atomic_type 0 a la
- // izquierda para no tener que contemplar splits de chunks impares
- if ((chunk.size() % 2) != 0)
- {
- chunk.push_back(0);
- }
-}
-
template < typename N, typename E >
std::pair< number< N, E >, number< N, E > > number< N, E >::split() const
{
return par;
}
-// es el algoritmo de división y conquista, que se llama recursivamente
+
template < typename N, typename E >
-number < N, E > karatsuba(const number< N, E > &u, const number< N, E > &v)
+void normalize_length(const number< N, E >& u, const number< N, E >& v)
{
typedef number< N, E > num_type;
+ typename num_type::size_type max, p, t, pot2;
- // tomo el chunk size de u (el de v DEBE ser el mismo)
- typename num_type::size_type chunk_size = u.chunk.size();
+ max = std::max(u.chunk.size(), v.chunk.size());
- if (chunk_size == 1)
- {
- // condición de corte. Ver que por más que tenga 1 único
- // elemento puede "rebalsar" la capacidad del atomic_type,
- // como ser multiplicando 0xff * 0xff usando bytes!!!
- return u.chunk[0] * v.chunk[0];
+ /* Buscamos hacer crecer a ambos a la potencia de 2 mas proxima; para
+ * lo cual la obtenemos y guardamos en p. */
+ t = max;
+ p = 0;
+ while (t != 0) {
+ t = t >> 1;
+ p++;
}
- std::pair< num_type, num_type > u12 = u.split();
- std::pair< num_type, num_type > v12 = v.split();
+ /* Ahora guardamos en pot2 el tamaño que deben tener. */
+ pot2 = 1 << p;
- // Los nombres M, D y H los puso Rosita en clase, cambiar si se les
- // ocurren algunos mejores!
- // m = u1*v1
- // d = u2*v2
- // h = (u1+v1)*(u2+v2) = u1*u2+u1*v2+u2*v1+u2*v2
- num_type m = karastuba(u12.first, v12.first);
- num_type d = karastuba(u12.second, v12.second);
- num_type h = karastuba(u12.first + v12.first,
- u12.second + v12.second);
+ /* Y finalmente hacemos crecer los dos numeros agregando 0s hasta
+ * completar sus tamaños. */
+ while (u.chunk.size() < pot2)
+ u.chunk.push_back(0);
- // H-D-M = u1*u2+u1*v2+u2*v1+u2*v2 - u2*v2 - u1*v1 = u1*v2+u2*v1
- // u1*v1 << base^N + u1*v2+u2*v1 << base^N/2 + u2*v2
- return (m << chunk_size) + ((h - d - m) << chunk_size / 2) + h;
+ while (v.chunk.size() < pot2)
+ v.chunk.push_back(0);
+ return;
}
{
typedef number< N, E > num_type;
- // tomo el chunk size de u (el de v DEBE ser el mismo)
+ normalize_length(u, v);
+
+ /* como acabo de normalizar los tamaños son iguales */
typename num_type::size_type chunk_size = u.chunk.size();
sign_type sign;
- if ( (u.sign == positive && v.sign == positive) ||
- (u.sign == negative && v.sign == negative) ) {
+ if (u.sign == v.sign) {
sign = positive;
} else {
sign = negative;
*/
E tmp;
tmp = static_cast< E >(u.chunk[0]) * static_cast< E >(v.chunk[0]);
- num_type tnum = num_type(static_cast< N* >(&tmp), 2, sign);
+ num_type tnum = num_type(reinterpret_cast< N* >(&tmp), 2, sign);
//std::cout << "T:" << tnum << " " << tmp << "\n";
//printf("1: %lu %lu %llu\n", u.chunk[0], v.chunk[0], tmp);
return tnum;
*/
num_type res;
res = m22 << chunk_size;
+ //std::cout << "ra: " << res << "\n";
res = res + ((m12 + m21) << (chunk_size / 2));
+ /*
+ std::cout << "rb: " << res << "\n";
+ std::cout << "12+21: " << (m12 + m21) << "\n";
+ std::cout << "cs/2: " << (chunk_size / 2) << "\n";
+ std::cout << "t: " << ((m12 + m21) << (chunk_size / 2)) << "\n";
+ */
res = res + m11;
+ //std::cout << "rc: " << res << "\n";
res.sign = sign;
+ //std::cout << "r: " << res << "\n";
+ //std::cout << "\n";
+ return res;
+}
+
+
+/* Algoritmo de multiplicacion de Karatsuba-Ofman
+ * Ver los comentarios del algoritmo naif, es practicamente identico salvo en
+ * los calculos numericos que se especifican debajo.
+ */
+template < typename N, typename E >
+number < N, E > karatsuba(const number< N, E > &u, const number< N, E > &v)
+{
+ typedef number< N, E > num_type;
+
+ normalize_length(u, v);
+
+ typename num_type::size_type chunk_size = u.chunk.size();
+
+ sign_type sign;
+
+ if (u.sign == v.sign) {
+ sign = positive;
+ } else {
+ sign = negative;
+ }
+
+ if (chunk_size == 1) {
+ E tmp;
+ tmp = static_cast< E >(u.chunk[0]) * static_cast< E >(v.chunk[0]);
+ num_type tnum = num_type(reinterpret_cast< N* >(&tmp), 2, sign);
+ return tnum;
+ }
+
+ std::pair< num_type, num_type > u12 = u.split();
+ std::pair< num_type, num_type > v12 = v.split();
+
/*
- std::cout << "r: " << res << "\n";
- std::cout << "\n";
+ std::cout << "u:" << u12.first << " - " << u12.second << "\n";
+ std::cout << "v:" << v12.first << " - " << v12.second << "\n";
+ */
+
+ /* Aca esta la gracia de toda la cuestion:
+ * m = u1*v1
+ * d = u2*v2
+ * h = (u1+u2)*(v1+v2) = u1*u2+u1*v2+u2*v1+u2*v2
+ *
+ * h - d - m = u1*v2+u2*v1
+ * u1*v1 << base^N + u1*v2+u2*v1 << base^(N/2) + u2*v2
+ * m << base^N + (h - d - m) << base^(N/2) + d
*/
+ num_type m = karatsuba(u12.first, v12.first);
+ num_type d = karatsuba(u12.second, v12.second);
+
+ num_type sumfst = u12.first + u12.second;
+ num_type sumsnd = v12.first + v12.second;
+ num_type h = karatsuba(sumfst, sumsnd);
+
+ /*
+ fflush(stdout); fflush(stderr);
+ std::cout << "m: " << m << "\n";
+ std::cout << "d: " << d << "\n";
+ std::cout << "h: " << h << "\n";
+ fflush(stdout); fflush(stderr);
+ */
+
+ num_type res, tmp;
+
+ /* tmp = h - d - m */
+ normalize_length(h, d);
+ tmp = h - d;
+ normalize_length(tmp, m);
+ /*
+ std::cout << "t: " << tmp << "\n";
+ std::cout << "m: " << m << "\n";
+ */
+ tmp = tmp - m;
+ //std::cout << "t: " << tmp << "\n";
+
+ /* Resultado final */
+ res = d << chunk_size;
+ res += tmp << (chunk_size / 2);
+ res += m;
+ res.sign = sign;
+
return res;
}
+/* Potenciacion usando multiplicaciones sucesivas.
+ * Toma dos parametros u y v, devuelve u^v; asume v positivo.
+ */
+template < typename N, typename E >
+number < N, E > pot_ko(number< N, E > &u, number< N, E > &v)
+{
+ assert(v.sign == positive);
+ number< N, E > res, i;
+
+ res = u;
+ res.sign = u.sign;
+
+ for (i = 1; i < v; i += 1) {
+ res *= u;
+ }
+
+ return res;
+}
+
+/* Potenciacion usando división y conquista.
+ * Toma dos parametros u y v, devuelve u^v; asume v positivo.
+ *
+ * El pseudocódigo del algoritmo es:
+ * pot(x, y):
+ * if y == 1:
+ * return x
+ * res = pot(x, y/2)
+ * res = res * res
+ * if y es impar:
+ * res = res * x
+ * return res
+ *
+ * Es O(n) ya que la ecuación es T(n) = T(n/2) + O(1)
+ *
+ * El grafo que lo 'representa' (siendo los nodos el exponente y) algo como:
+ *
+ * 1 3
+ * _/ | \_
+ * _/ | \_
+ * / | \
+ * 6 1 6
+ * / \ / \
+ * / \ / \
+ * 3 3 3 3
+ * /|\ /|\ /|\ /|\
+ * 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2
+ * / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \
+ * 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
+ *
+ */
+template < typename N, typename E >
+number< N, E > pot_dyc(const number< N, E > &x, const number< N, E > &y)
+{
+ assert(y.sign == positive);
+ //std::cout << "pot(" << x << ", " << y << ")\n";
+ if (y == number< N, E >(1))
+ {
+ std::cout << "y es 1 => FIN pot(" << x << ", " << y << ")\n";
+ return x;
+ }
+ number< N, E > res = pot_dyc(x, y.dividido_dos());
+ //std::cout << "y.dividido_dos() = " << y.dividido_dos() << "\n";
+ //std::cout << "res = " << res << "\n";
+ res *= res;
+ //std::cout << "res = " << res << "\n";
+ if (y.es_impar())
+ {
+ //std::cout << y << " es IMPAR => ";
+ res *= x; // Multiplico por el x que falta
+ //std::cout << "res = " << res << "\n";
+ }
+ //std::cout << "FIN pot(" << x << ", " << y << ")\n\n";
+ return res;
+}
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