karatsuba乘法是一种快速乘法。此算法在1960年由anatolii alexeevitch karatsuba 提出,并于1962年得以发表。
此算法主要用于两个大数相乘。普通乘法的复杂度是n2,而karatsuba算法的复杂度仅为3nlog3≈3n1.585(log3是以2为底的)
karatsuba算法主要应用于两个大数的相乘,原理是将大数分成两段后变成较小的数位,然后做3次乘法,并附带少量的加法操作和移位操作。
现有两个大数,x,y。
首先将x,y分别拆开成为两部分,可得x1,x0,y1,y0。他们的关系如下:
x = x1 * 10m + x0;
y = y1 * 10m + y0。其中m为正整数,m < n,且x0,y0 小于 10m。
那么
xy = (x1 * 10m + x0)(y1 * 10m
+ y0)
=z2 * 102m
+ z1 * 10m + z0,其中:
z2 = x1 * y1;
z1 = x1 * y0 + x0 * y1;
z0 = x0 * y0。
此步骤共需4次乘法,但是由karatsuba改进以后仅需要3次乘法。因为:
z1 = x1 * y0+ x0 * y1
z1 = (x1 + x0) * (y1 + y0) - x1 * y1 - x0 * y0,
故x0 * y0 便可以由加减法得到。
所以:
x*y = z2 * 102m + z1 * 10m
+ z0
z2 = x1 * y1
z1 = (x1 + x0) * (y1 + y0) - x1 * y1 - x0 * y0 = (x1 + x0) * (y1 + y0) - x1 * y1 - z0
z0 = x0 * y0
recursively computer (x1*y1)
recursively computer (x1 + x0) * (y1 + y0)
recursively computer (x0 * y0)
设x = 12345,y=6789,令m=3。那么有:
12345 = 12 * 1000 + 345;
6789 = 6 * 1000 + 789。
下面计算:
z2 = 12 * 6 = 72;
z0 = 345 * 789 = 272205;
z1 = (12 + 345) * (6 + 789) - z2 - z0 = 11538。
然后我们按照移位公式(xy = z2 * 102m + z1 * 10m +
z0)可得:
xy = 72 * 10002 + 11538 * 1000 + 272205 = 83810205。