这是对平方求幂效率的后续讨论。

这种方法的优点是它在log(n)时间内运行。例如，如果你要计算一个巨大的数，比如x^1048575(2^20 - 1)，你只需要循环20次，而不是使用朴素方法的100万+次。

此外，在代码复杂性方面，它比试图找到最优的乘法序列更简单，这是la Pramod的建议。

编辑:

我想我应该在有人指责我可能会溢出之前澄清一下。这种方法假设您有某种巨大的int库。

我注意到gnu-GMP的标准指数平方算法有些奇怪:

我实现了两个几乎相同的函数——一个是幂模函数，使用最普通的二进制指数平方算法，

标签______2 ()

然后另一个基本相同的概念，但重新映射为每轮除以10，而不是除以2，

标签______10 ()

.

 ( time ( jot - 1456 9999999999 6671 | pvE0 | 

gawk -Mbe '
function ______10(_, __, ___, ____, _____, _______) {
      __ = +__
    ____ = (____+=_____=____^= \
           (_ %=___=+___)<_)+____++^____—

    while (__) {
        if (_______= __%____) {
            if (__==_______) {
                return (_^__ *_____) %___
            }
            __-=_______
            _____ = (_^_______*_____) %___
        }
        __/=____
        _ = _^____%___
    }
}
function ______2(_, __, ___, ____, _____) {
    __=+__
    ____+=____=_____^=(_%=___=+___)<_
    while (__) {
        if (__ %____) {
            if (__<____) {
                return (_*_____) %___
            }
            _____ = (_____*_) %___
            --__
        }
        __/=____
        _= (_*_) %___
    }
} 
BEGIN {
    OFMT = CONVFMT = "%.250g"

    __ = (___=_^= FS=OFS= "=")(_<_)

    _____ = __^(_=3)^--_ * ++_-(_+_)^_
    ______ = _^(_+_)-_ + _^!_

    _______ = int(______*_____)
    ________ = 10 ^ 5 + 1
    _________ = 8 ^ 4 * 2 - 1
}

GNU Awk 5.1.1, API: 3.1 (GNU MPFR 4.1.0, GNU MP 6.2.1)

.

($ + + NF = ______10(_ = ___美元,NR %________ +_________,_______*(_- 11))) ^ !___“

     out9: 48.4MiB 0:00:08 [6.02MiB/s] [6.02MiB/s] [ <=> ]
      in0: 15.6MiB 0:00:08 [1.95MiB/s] [1.95MiB/s] [ <=> ]
( jot - 1456 9999999999 6671 | pvE 0.1 in0 | gawk -Mbe ; )  

8.31s user 0.06s system 103% cpu 8.058 total
ffa16aa937b7beca66a173ccbf8e1e12  stdin

($ + + NF = ______ 2(_ = ___美元,NR %________ +_________,_______*(_- 11))) ^ !___“

     out9: 48.4MiB 0:00:12 [3.78MiB/s] [3.78MiB/s] [<=> ]
      in0: 15.6MiB 0:00:12 [1.22MiB/s] [1.22MiB/s] [ <=> ]
( jot - 1456 9999999999 6671 | pvE 0.1 in0 | gawk -Mbe ; )  

13.05s user 0.07s system 102% cpu 12.821 total
ffa16aa937b7beca66a173ccbf8e1e12  stdin

由于一些非常违反直觉和我不知道的原因，对于我投入的各种各样的输入，div-10变体几乎总是更快。这是两个哈希值之间的匹配，这让它真正令人困惑，尽管计算机显然没有内置在10进制的范例中。

我是否在代码/方法中遗漏了一些关键或明显的东西，可能会以令人困惑的方式歪曲结果?谢谢。

我已经实现了记忆所有计算权力的算法，然后在需要时使用它们。比如x^13等于(x^2)^2^2 * x^2 * x其中x^2^2是从表中取出来的而不是再计算一次。这基本上是@Pramod answer的实现(但在c#中)。 需要的乘法数是Ceil(Log n)

public static int Power(int base, int exp)
{
    int tab[] = new int[exp + 1];
    tab[0] = 1;
    tab[1] = base;
    return Power(base, exp, tab);
}

public static int Power(int base, int exp, int tab[])
    {
         if(exp == 0) return 1;
         if(exp == 1) return base;
         int i = 1;
         while(i < exp/2)
         {  
            if(tab[2 * i] <= 0)
                tab[2 * i] = tab[i] * tab[i];
            i = i << 1;
          }
    if(exp <=  i)
        return tab[i];
     else return tab[i] * Power(base, exp - i, tab);
}

平方求幂。

int ipow(int base, int exp)
{
    int result = 1;
    for (;;)
    {
        if (exp & 1)
            result *= base;
        exp >>= 1;
        if (!exp)
            break;
        base *= base;
    }

    return result;
}

这是在非对称密码学中对大数进行模求幂的标准方法。

下面是一个计算x ** y的O(1)算法，灵感来自这条评论。它适用于32位有符号int。

对于较小的y值，它使用平方求幂。对于较大的y值，只有少数x值的结果不会溢出。这个实现使用一个查找表来读取结果而不进行计算。

对于溢出，C标准允许任何行为，包括崩溃。但是，我决定对LUT索引进行边界检查，以防止内存访问违反，这可能是令人惊讶和不受欢迎的。

伪代码:

If `x` is between -2 and 2, use special-case formulas.
Otherwise, if `y` is between 0 and 8, use special-case formulas.
Otherwise:
    Set x = abs(x); remember if x was negative
    If x <= 10 and y <= 19:
        Load precomputed result from a lookup table
    Otherwise:
        Set result to 0 (overflow)
    If x was negative and y is odd, negate the result

C代码:

#define POW9(x) x * x * x * x * x * x * x * x * x
#define POW10(x) POW9(x) * x
#define POW11(x) POW10(x) * x
#define POW12(x) POW11(x) * x
#define POW13(x) POW12(x) * x
#define POW14(x) POW13(x) * x
#define POW15(x) POW14(x) * x
#define POW16(x) POW15(x) * x
#define POW17(x) POW16(x) * x
#define POW18(x) POW17(x) * x
#define POW19(x) POW18(x) * x

int mypow(int x, unsigned y)
{
    static int table[8][11] = {
        {POW9(3), POW10(3), POW11(3), POW12(3), POW13(3), POW14(3), POW15(3), POW16(3), POW17(3), POW18(3), POW19(3)},
        {POW9(4), POW10(4), POW11(4), POW12(4), POW13(4), POW14(4), POW15(4), 0, 0, 0, 0},
        {POW9(5), POW10(5), POW11(5), POW12(5), POW13(5), 0, 0, 0, 0, 0, 0},
        {POW9(6), POW10(6), POW11(6), 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0},
        {POW9(7), POW10(7), POW11(7), 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0},
        {POW9(8), POW10(8), 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0},
        {POW9(9), 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0},
        {POW9(10), 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}
    };

    int is_neg;
    int r;

    switch (x)
    {
    case 0:
        return y == 0 ? 1 : 0;
    case 1:
        return 1;
    case -1:
        return y % 2 == 0 ? 1 : -1;
    case 2:
        return 1 << y;
    case -2:
        return (y % 2 == 0 ? 1 : -1) << y;
    default:
        switch (y)
        {
        case 0:
            return 1;
        case 1:
            return x;
        case 2:
            return x * x;
        case 3:
            return x * x * x;
        case 4:
            r = x * x;
            return r * r;
        case 5:
            r = x * x;
            return r * r * x;
        case 6:
            r = x * x;
            return r * r * r;
        case 7:
            r = x * x;
            return r * r * r * x;
        case 8:
            r = x * x;
            r = r * r;
            return r * r;
        default:
            is_neg = x < 0;
            if (is_neg)
                x = -x;
            if (x <= 10 && y <= 19)
                r = table[x - 3][y - 9];
            else
                r = 0;
            if (is_neg && y % 2 == 1)
                r = -r;
            return r;
        }
    }
}

另一个实现(在Java中)。可能不是最有效的解决方案，但迭代次数与指数解相同。

public static long pow(long base, long exp){        
    if(exp ==0){
        return 1;
    }
    if(exp ==1){
        return base;
    }

    if(exp % 2 == 0){
        long half = pow(base, exp/2);
        return half * half;
    }else{
        long half = pow(base, (exp -1)/2);
        return base * half * half;
    }       
}