求解: $$ a^x\equiv b\pmod p $$ 其中 $a,p$ 不一定互质。
当 $a\perp p$ 时,在模 $p$ 意义下 $a$ 存在逆元,因此可以用 BSGS 算法求解。于是我们想办法让他们变得互质。
具体地,设 $d_1=\gcd(a,p)$。如果 $d_1\nmid b$,则原方程无解。否则我们把方程同时除以 $d_1$,得到 $$ \frac{a}{d_1}\cdot a^{x-1}\equiv\frac{b}{d_1}\pmod{\frac{p}{d_1}} $$ 如果 $a$ 和 $\frac{p}{d_1}$ 仍不互质就再除,设 $d_2=\gcd(a,\frac{p}{d_1})$。如果 $d_2\nmid\frac{b}{d_1}$,则方程无解;否则同时除以 $d_2$ 得到 $$ \frac{a^2}{d_1d_2}\cdot a^{x-2}\equiv\frac{b}{d_1d_2}\pmod{\frac{p}{d_1d_2}} $$ 同理,这样不停地判断下去。直到 $a\perp \frac{p}{d_1d_2\cdots d_k}$。
记 $D=\prod_{i=1}^k d_i$,于是方程就变成了这样: $$ \frac{a^k}{D}\cdot a^{x-k}\equiv\frac{b}{D}\pmod{\frac p D} $$ 由于 $a\perp \frac p D$,于是推出 $\frac{a^k}{D}\perp\frac p D$。这样 $\frac{a^k}{D}$ 就有逆元了,于是把它丢到方程右边,这就是一个普通的 BSGS 问题了,于是求解 $x-k$ 后再加上 $k$ 就是原方程的解了。
注意,不排除解小于等于 $k$ 的情况,所以在消因子之前做一下 $\Theta(k)$ 枚举,直接验证 $a^i\equiv b\pmod p$,这样就能避免这种情况。
题意:给定 $a,p,b$,求满足 $a^x\equiv b\pmod p$ 的最小自然数 $x$。
题解:模板题。
代码:qwq
对应原理中的 $d_i$,qaq
对应原理中的 $\frac{a^k}{D}$。