WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаМатематика, Геометрія, Статистика → Розклад числа на прості множники - Реферат

Розклад числа на прості множники - Реферат


Реферат на тему:
Розклад числа на прості множники
Означення. Розкладом натурального числа n на прості множники (факторизацією числа) називається представлення його у вигляді n = , де pi - взаємно прості числа, ki 1 .
Задача перевірки числа на простоту є простішою за задачу факторизації. Тому перед розкладанням числа на прості множники слід перевірити число на простоту.
Означення. Розбиттям числа називається задача представлення натурального числа n у вигляді n = a * b, де a, b - натуральні числа, більші за 1 (не обов'язково прості).
Метод Ферма
Нехай n - складене число, яке не є степенем простого числа. Метод Ферма намагається знати такі натуральні x та y, що n = x2 - y2. Після чого дільниками числа n будуть a = x - y та b = x + y: n = a * b = (x - y)(x + y).
Якщо припустити що n = a * b, то в якості x та y (таких що n = x2 - y2) можна обрати
,
Приклад. Виберемо n = 143 = 11 * 13.
Тоді x = (13 + 11) / 2 = 12, y = (13 - 11) / 2 = 1.
Перевірка: x2 - y2 = 122 - 11 = 143 = n.
Теорема. Якщо n = x2 - y2, то < x < (n + 1) / 2.
Доведення. З рівності n = x2 - y2 випливає, що n < x2, тобто < x.
Оскільки a = n / b, то . Максимальне значення x досягається при мінімальному b, тобто при b = 1. Звідси x = < .
Отже для пошуку представлення n = x2 - y2 слід перебрати всі можливі значення x із проміжку [ , (n + 1) / 2], перевіряючи при цьому чи є вираз x2 - n повним квадратом.
Приклад. Розкласти на множники n = 391 методом Ферма. = 19.
202 - 391 = 9 = 32. Маємо рівність: 391 = 202 - 32.
Звідси 391 = (20 - 3)(20 + 3) = 17 * 23.
Алгоритм Полард - ро факторизації числа
У 1974 році Джон Полард запропонував алгоритм знаходження нетривіального дільника натурального числа n. Пр цьому алгоритм використовує лише операції додавання, множення та віднімання модулярної арифметики.
Ідея алгоритма Полард - ро полягає в ітеративному обчисленні деякої наперед заданої поліноміальної функції f з цілими коефіцієнтами. Побудуємо послідовність xi наступним чином: x0 оберемо довільним із Zn, а xi+1 = f(xi) mod n, i 0. Оскільки xi можуть приймати лише скінченний набір значень (цілі числа від 0 до n), то існують такі цілі n1 та n2 (n1 0 значення d = НСД(x2i - xi, n). Якщо на деякому кроці d > 1, то це і є нетривіальний дільник числа n.
Побудуємо послідовність елементів xi наступним чином:
x0 = 2, xi+1 = f(xi) = ( + 1) mod n, i > 0
Алгоритм
Вхід: натуральне число n, параметр t 1.
Вихід: нетривіальний дільник d числа n.
1. a = 2, b = 2;
2. for i 1 to t do
2.1. Обчислити a a2 + 1) mod n; b b2 + 1) mod n; b b2 + 1) mod n;
2.2. Обчислити d НСД(a - b, n);
2.3. if 1 < d < n return (d); // знайдено нетривіальний дільник
3. return (False); // дільника не знайдено
Вважаємо, що функція f(x) = (x2 + 1) mod n генерує випадкові числа. Тоді для знаходження дільника числа n необхідно виконати не більш ніж O( ) операцій модулярного множення.
Якщо алгоритм Поларда - ро не знаходить дільника за t ітерацій, то замість функції f(x) = (x2 + 1) mod n можна використовувати f(x) = (x2 + c) mod n, для деякого цілого c, c 0, -2.
Приклад. Нехай n = 19939.
Послідовність xi: 2, 5, 26, 677, 19672, 11473, 12391, 6582, 15217, 5483, 15217, 5483, 15217, ... .
a b d
2 2 1
5 26 1
26 19672 1
677 12391 1
19672 15217 1
11473 15217 1
12391 15217 157
Знайдено розклад 19939 = 157 * 127.
Нехай n = 143. Послідовність xi: 2, 5, 26, 105, 15, ... .
a b d
2 2 1
5 26 НСД(21, 143) = 1
26 15 НСД(11, 143) = 11
Знайдено розклад 143 = 11 * 13.
Ймовірносний квадратичний алгоритм факторизації числа
Твердження. Нехай x та y - цілі числа, x2 y2 (mod n) та x y (mod n). Тоді x2 - y2 ділиться на n, при чому жоден із виразів x + y та x - y не ділиться на n. Число d = НСД(x2 - y2, n) є нетривіальним дільником n.
Теорема. Якщо n - непарне складене число, яке не є степенем простого числа, то завжди існують такі x та y, що x2 y2 (mod n), при чому x y (mod n).
Доведення. Нехай n = n1 * n2 - добуток взаємно простих чисел. Оберемо таке y, що НСД(y, n) = 1. Далі розв'яжемо систему рівнянь:
Розв'язком системи будуть такі x та y за модулем n = НСК(n1, n2), що x2 y2 (mod n). Якщо при цьому припустити, що x - y (mod n), то з другого рівняння системи маємо: y - y (mod n2), або 2 * y = 0 (mod n2). Оскільки було обрано НСД(y, n2) = 1, то з останньої рівності випливає що n2 ділиться на 2, тобто є парним. Це суперечить умові теореми про непарність n.
Приклад. Виберемо n1 = 11, n2 = 13 - взаємно прості числа. Тоді n = 11 * 13 = 143. Покладемо y = 5, НСД(5, 143) = 1. Складемо систему порівнянь:
або
Розв'язком системи буде x 60 (mod 143).
Має місце рівність 602 52 (mod 143) , при чому 60 5 (mod 143).
Тоді дільником числа n буде d = НСД(60 - 5, 143) = 11.
Формально ймовірносний квадратичний алгоритм факторизації будується на наступній ідеї:
Нехай F = {p0, p1, p2, …, pt} - множникова основа, pi - різні прості числа, при чому дозволяється обрати p0 = -1. Побудуємо множину порівнянь
zi ,
таку що значення zi є повіністю факторизованими у множині F :
,
та добуток деякої підмножини значень zi є повним квадратом:
z = = y2, y Z, fi {0, 1}
Якщо множина порівнянь із вказаними властивостями побудована, то поклавши x = і перевіривши виконання нерівності x y (mod n), отри маємо x2 y2 (mod n). Число d = НСД(x2 - y2, n) є нетривіальним дільником n.
Приклад. Знайти дільник числа n = 143.
Обираємо випадково число x [2, 142], обчислюємо x2 (mod 143) та розкладаємо результат на множники:
1. z1 = 192 (mod 143) = 75 = 3 * 52.
2. z2 = 772 (mod 143) = 66 = 2 * 3 * 11.
3. z3 = 292 (mod 143) = 126 = 2 * 32 * 7.
4. z4 = 542 (mod 143) = 56 = 23 * 7.
Можна помітити, що добуток z3 та z4 є повним квадратом:
z = z3 * z4 = 24 * 32 * 72 = (22 * 3 * 7)2 = 842
Маємо рівність:
z3 * z4 = 292 * 542 842 (mod 143)
або враховуючи що 29 * 54 (mod 143) 136, маємо:
1362 = 842 (mod 143), при чому 136 84 (mod 143)
Дільником числа n = 143 буде d = НСД(136 - 84, 143) = НСД(52, 143) = 13.
Квадратичний алгоритм факторизації
Серед усіх існуючих алгоритмів факторизації найшвидшим є квадратичний. Він ефективно застосовується для чисел, кількість цифр яких менша за 100 та які не мають малих простих дільників. Еврістичний аналіз, проведений Померансом [1] у 1981 році показав, що число N може бути розкладено на множники за час .
Нехай n - число, яке факторизується, m = . Розглянемо многочлен
q(x) = (x + m)2 - n
Квадратичний алгоритм обирає ai = x + m (x = 0, 1, 2, …), обчислює значення bi = (x + m)2 - n та перевіряє, чи факторизується bi у множниковій основі F = {p0, p1, p2, …, pt}.
Помітимо, що = (x+ m)2 - n (x + m)2 (mod n) bi (mod n).
Алгоритм
Вхід: натуральне число n, яке не є степенм простого числа.
Вихід: нетривіальний дільник d числа n.
1. Обрати множникову основу F = {p0, p1, p2, …, pt}, де p0 = -1, pi - i - те просте число p, для якого n є квадратичним лишком за модулем p.
2. Обчислити m = [ ].
3. Знаходження t + 1 пари (ai, bi).
Значення x перебираються у послідовності 0, 1, 2, … .
Покласти i 1. Поки i t + 1 робити:
3.1. Обчислити b = q(x) = (x + m)2 - n та перевірити, чи розкладається b у множниковій основі F. Якщо ні, обрати наступне x та повторити цей крок.
3.2. Нехай b = . Покласти ai = x + m, bi = b, vi = (vi1, vi2, …, vit), де vij = eij mod 2, 1 j t.
3.3. i i + 1.
4. Знайти підмножину T {1, 2, …, t + 1} таку що = 0.
5. Обчислити x = mod n.
6. Для кожного j, 1 j t, обчислити lj = ( ) / 2.
7. Обчислити y = mod n.
8. Якщо x y (mod n), знайти іншу підмножину T {1, 2, …, t + 1} таку що = 0 та перейти до кроку 5.
9. Обчислити дільник d = НСД(x - y, n).
Приклад. Розкласти на множники n = 24961.
1. Побудуємо множникову основу: F = {-1, 2, 3, 5, 13, 23}
2. m = [ ] = 157.
3. Побудуємо наступну таблицю:
i x q(x) факторизація q(x) ai vi
1 0 -312 -23 * 3 * 13 157 (1, 1, 1, 0, 1, 0)
2 1 3 3 158 (0, 0, 1, 0, 0, 0)
3 -1 -625 -54 156 (1, 0, 0, 0, 0, 0)
4 2 320 26 * 5 159 (0, 0, 0, 1, 0, 0)
5 -2 -936 -23 * 32 * 13 155 (1, 1, 0, 0, 1, 0)
6 4 960 26 * 3 * 5 161 (0, 0, 1 ,1, 0, 0)
7 -6 -2160 -24 * 33 * 5 151 (1, 0, 1, 1, 0, 0)
4. Виберемо T = {1, 2, 5}, оскільки v1 + v2 + v5 = 0.
5. Обчислимо x = (a1a2a5) (mod n) = 936 = 26 * 34 * 132.
6. l1 = 1, l2 = 3, l3 = 2, l4 = 0, l5 = 1, l6 = 0.
7. y = -23 * 32 * 13 (mod n) = 24025.
8. Оскільки 936 -24025 (mod n), необхідно шукати іншу множину T.
9. Виберемо T = {3, 6, 7}, оскільки v3 + v6 + v7 = 0.
10. Обчислимо x = (a3a6a7) mod n = 23405 = 210 * 34 * 56.
11. l1 = 1, l2 = 5, l3 = 2, l4 = 3, l5 = 0, l6 = 0.
12. y = -25 * 32 * 53 (mod n) = 13922.
13. 23405 13922 (mod n).
d = НСД(x - y, n) = НСД(9483, 24961) = 109 - дільник.
Відповідь: 109 - дільник 24961.
Література
1. Pomerance C. Analysis and comparison of some integer factorization algorithms. In Computational Methods in Number Theory, vol.154, H.Lenstra and R.Tijdeman, Eds. Amsterdam Mathematics Center 1982, pp. 89 - 139.
Loading...

 
 

Цікаве