Как посчитать факториал большого числа

Факториал большого числа

Факториал неотрицательного целого числа — это умножение всех целых чисел, меньших или равных n. Например, факториал 6 равен 6 * 5 * 4 * 3 * 2 * 1, что равно 720.

Как посчитать факториал большого числа. Смотреть фото Как посчитать факториал большого числа. Смотреть картинку Как посчитать факториал большого числа. Картинка про Как посчитать факториал большого числа. Фото Как посчитать факториал большого числа

Как вычислить факториал из 100, используя программу на C / C ++?
Факториал 100 имеет 158 цифр. Невозможно сохранить эти много цифр, даже если мы используем long long int.

Примеры :

Ниже приводится простое решение, в котором мы используем массив для хранения отдельных цифр результата. Идея состоит в том, чтобы использовать базовую математику для умножения.

Ниже приведен подробный алгоритм поиска факториала.

факториала (п)
1) Создайте массив ‘res []’ размера MAX, где MAX — количество максимальных цифр в выводе.
2) Инициализируйте значение, сохраненное в ‘res []’ как 1, и инициализируйте ‘res_size’ (размер ‘res []’) как 1.
3) Выполните следующие действия для всех чисел от x = 2 до n.
…… а) Умножьте x на res [] и обновите res [] и res_size, чтобы сохранить результат умножения.

Как умножить число ‘x’ на число, сохраненное в res []?
Идея состоит в том, чтобы использовать простую школьную математику. Мы по одному умножаем x на каждую цифру res []. Здесь важно отметить, что цифры умножаются с крайней правой цифры на самую левую. Если мы храним цифры в том же порядке в res [], тогда становится трудно обновить res [] без лишнего пробела. Вот почему res [] поддерживается в обратном порядке, т. Е. Сохраняются цифры справа налево.

Ниже приведена реализация вышеуказанного алгоритма.

// C ++ программа для вычисления факториала больших чисел
#include

using namespace std;

// Максимальное количество цифр в выводе
#define MAX 500

int multiply( int x, int res[], int res_size);

// Эта функция находит факториал больших чисел
// и печатает их

void factorial( int n)

res_size = multiply(x, res, res_size);

cout «Factorial of given number is \n» ;

for ( int i=res_size-1; i>=0; i—)

int multiply( int x, int res[], int res_size)

int carry = 0; // Инициализируем перенос

// умножаем n на отдельные цифры res []

int prod = res[i] * x + carry;

// Сохранить последнюю цифру ‘prod’ в res []

// Положи отдых в керри

// Помещаем перенос в res и увеличиваем размер результата

Источник

Факториал числа n – это произведение чисел от 1 до n. Определён только для целых неотрицательных чисел. Формула факториала:

Математическая формула представлена восклицательным знаком «!». Термин был введен в 1800 году, а обозначение появилось только в 1808. В формуле нужно умножить все целые числа от 1 до значения самого числа, стоящего под знаком факториала.

Это очень просто, вот пример:

Таблица факториалов

Как посчитать факториал большого числа. Смотреть фото Как посчитать факториал большого числа. Смотреть картинку Как посчитать факториал большого числа. Картинка про Как посчитать факториал большого числа. Фото Как посчитать факториал большого числа

Свойства факториалов

Рекуррентная формула

Как посчитать факториал большого числа. Смотреть фото Как посчитать факториал большого числа. Смотреть картинку Как посчитать факториал большого числа. Картинка про Как посчитать факториал большого числа. Фото Как посчитать факториал большого числа

Комбинаторная интерпретация

Функция n может интерпретироваться как количество перестановок. К примеру, для 3-х элементов есть 3! = 6 перестановки.

Формула Стирлинга

Позволяет не перемножать большие числа. Обычно необходим только главный член:

Как посчитать факториал большого числа. Смотреть фото Как посчитать факториал большого числа. Смотреть картинку Как посчитать факториал большого числа. Картинка про Как посчитать факториал большого числа. Фото Как посчитать факториал большого числа

Расчет по предыдущему значению

Функцию легко вычислить из предыдущего значения:

А как вычислить факториал нуля? Если вернуться к определению, то видно, что применять его в случае «0» нет смысла. Положительных чисел до 0 нет, поэтому 0 x 0 = 0.

Однако было решено, что в случае 0 результат будет равен 1.

Как посчитать факториал большого числа. Смотреть фото Как посчитать факториал большого числа. Смотреть картинку Как посчитать факториал большого числа. Картинка про Как посчитать факториал большого числа. Фото Как посчитать факториал большого числа

Некоторые очень большие значения

Онлайн калькулятор поможет сделать вычисление – всего лишь надо найти знак, похожий на «x!» или «n!». Нужно обратить внимание, что браузеры могут испытывать затруднения при попытке отобразить более крупные числа и может произойти сбой.

Некоторые браузеры могут не позволять копировать, поэтому необходимо будет загрузить большие результаты в виде текстового файла.

Примеры вычисления факториалов больших чисел:

70! приблизительно 1 19785716669969869891796072783721 x 10100, что немного больше, чем «гуголь» (1 и 100 нулей);

100! это примерно 9 33262154444944152681699238856 x 101576 x 10157;

200! это примерно 7 88657867867364479050355236321393 x 103743.

Как найти функцию в Паскаль? Вычисление легко реализуется на разных языках программирования. Можно выбрать два метода: итеративный, то есть он создает цикл, в котором временная переменная умножается на каждое натуральное число от 1 до n, или рекурсивный, в котором функция вызывает себя до достижения базового варианта 0! = 1.

Программа на языке Паскаль:

Как посчитать факториал большого числа. Смотреть фото Как посчитать факториал большого числа. Смотреть картинку Как посчитать факториал большого числа. Картинка про Как посчитать факториал большого числа. Фото Как посчитать факториал большого числа

На языке Си вычисления делаются с помощью рекурсивной функции. Следует заметить, что если начать вычислять факториал отрицательного числа в неаккуратно написанной функции, то это приведет к зацикливанию.

Источник

Факториал определение, формула, обозначение, основные свойства и функции, таблица, алгоритмы нахождения, примеры задач с решениями, онлайн-калькулятор

Факториал числа n – это произведение чисел от 1 до n. Определён только для целых неотрицательных чисел.

Математическая формула представлена восклицательным знаком «!». Термин был введен в 1800 году, а обозначение появилось только в 1808. В формуле нужно умножить все целые числа от 1 до значения самого числа, стоящего под знаком факториала.

Это очень просто, вот пример:

Факторизация — разложение функции на множители.

Таблица факториалов

Как посчитать факториал большого числа. Смотреть фото Как посчитать факториал большого числа. Смотреть картинку Как посчитать факториал большого числа. Картинка про Как посчитать факториал большого числа. Фото Как посчитать факториал большого числа

Свойства факториалов

Рекуррентная формула

Как посчитать факториал большого числа. Смотреть фото Как посчитать факториал большого числа. Смотреть картинку Как посчитать факториал большого числа. Картинка про Как посчитать факториал большого числа. Фото Как посчитать факториал большого числа

Комбинаторная интерпретация

Функция n может интерпретироваться как количество перестановок. К примеру, для 3-х элементов есть 3! = 6 перестановки.

Формула Стирлинга

Позволяет не перемножать большие числа. Обычно необходим только главный член:

Как посчитать факториал большого числа. Смотреть фото Как посчитать факториал большого числа. Смотреть картинку Как посчитать факториал большого числа. Картинка про Как посчитать факториал большого числа. Фото Как посчитать факториал большого числа

Расчет по предыдущему значению

Функцию легко вычислить из предыдущего значения:

А как вычислить факториал нуля? Если вернуться к определению, то видно, что применять его в случае «0» нет смысла. Положительных чисел до 0 нет, поэтому 0 x 0 = 0.

Однако было решено, что в случае 0 результат будет равен 1.

Как посчитать факториал большого числа. Смотреть фото Как посчитать факториал большого числа. Смотреть картинку Как посчитать факториал большого числа. Картинка про Как посчитать факториал большого числа. Фото Как посчитать факториал большого числа

Некоторые очень большие значения

Онлайн калькулятор поможет сделать вычисление – всего лишь надо найти знак, похожий на «x!» или «n!». Нужно обратить внимание, что браузеры могут испытывать затруднения при попытке отобразить более крупные числа и может произойти сбой.

Некоторые браузеры могут не позволять копировать, поэтому необходимо будет загрузить большие результаты в виде текстового файла.

Примеры вычисления факториалов больших чисел:

70! приблизительно 1 19785716669969869891796072783721 x 10100, что немного больше, чем «гуголь» (1 и 100 нулей);

100! это примерно 9 33262154444944152681699238856 x 101576 x 10157;

200! это примерно 7 88657867867364479050355236321393 x 103743.

Как найти функцию в Паскаль? Вычисление легко реализуется на разных языках программирования. Можно выбрать два метода: итеративный, то есть он создает цикл, в котором временная переменная умножается на каждое натуральное число от 1 до n, или рекурсивный, в котором функция вызывает себя до достижения базового варианта 0! = 1.

Программа на языке Паскаль:

Как посчитать факториал большого числа. Смотреть фото Как посчитать факториал большого числа. Смотреть картинку Как посчитать факториал большого числа. Картинка про Как посчитать факториал большого числа. Фото Как посчитать факториал большого числа

На языке Си вычисления делаются с помощью рекурсивной функции. Следует заметить, что если начать вычислять факториал отрицательного числа в неаккуратно написанной функции, то это приведет к зацикливанию.

Факториал дроби (½) — это половина квадратного корня pi = (½)√π.

Примеры задач с решениями

Задание 1

Как посчитать факториал большого числа. Смотреть фото Как посчитать факториал большого числа. Смотреть картинку Как посчитать факториал большого числа. Картинка про Как посчитать факториал большого числа. Фото Как посчитать факториал большого числа

Задание 2

Как посчитать факториал большого числа. Смотреть фото Как посчитать факториал большого числа. Смотреть картинку Как посчитать факториал большого числа. Картинка про Как посчитать факториал большого числа. Фото Как посчитать факториал большого числа

Использование факториалов

Математика и многие ее области используют функцию. В комбинаторике функция была введена именно для расчета перестановки. Также понятие тесно связано с биномом ньютона (формула бинома Ньютона необходима для разложения степени (x + y) n в многочлен).

Источник

Факториал числа

Факториал числа — математическое понятие, которое означает произведение всех натуральных чисел от 1 до этого числа. Обозначается факториал просто — n!

Калькулятор факториалов

Как посчитать факториал большого числа. Смотреть фото Как посчитать факториал большого числа. Смотреть картинку Как посчитать факториал большого числа. Картинка про Как посчитать факториал большого числа. Фото Как посчитать факториал большого числа

Рассмотрим понятие факториала более подробно. Факториал числа можно найти следующим образом. Допустим, что мы хотим найти факториал 7. Для этого нам необходимо перемножить все натуральные число от 1 до 7:

7! = 1 * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 = 5040

Факториал 3 будет находится аналогично — 3! = 1 * 2 * 3 = 6.

Факториал 0

Существует особая договоренность — правило, по которому факториал нуля = 1. Т. е.

Это необходимо запомнить.

Таблица факториалов

Для удобства вычисления факториалов чисел от 0 до 10 можно использовать следующую таблицу. Если же вам необходимо рассчитать значение факториала числа, которое больше 10, то воспользуйтесь онлайн калькулятором, который находится выше на странице.

ЧислоФакториал числа (n!)
01
11
22
36
424
5120
6720
75040
840320
9362880
103628800

Факториал широко применяется в комбинаторике и теории вероятностей для расчета числа сочетаний. Вы также можете познакомиться с двойным факториалом.

Источник

Алгоритмы быстрого вычисления факториала

Понятие факториала известно всем. Это функция, вычисляющая произведение последовательных натуральных чисел от 1 до N включительно: N! = 1 * 2 * 3 *… * N. Факториал — быстрорастущая функция, уже для небольших значений N значение N! имеет много значащих цифр.

Попробуем реализовать эту функцию на языке программирования. Очевидно, нам понадобиться язык, поддерживающий длинную арифметику. Я воспользуюсь C#, но с таким же успехом можно взять Java или Python.

Итак, простейшая реализация (назовем ее наивной) получается прямо из определения факториала:

На моей машине эта реализация работает примерно 1,6 секунд для N=50 000.

Далее рассмотрим алгоритмы, которые работают намного быстрее наивной реализации.

Алгоритм вычисления деревом

Первый алгоритм основан на том соображении, что длинные числа примерно одинаковой длины умножать эффективнее, чем длинное число умножать на короткое (как в наивной реализации). То есть нам нужно добиться, чтобы при вычислении факториала множители постоянно были примерно одинаковой длины.

Пусть нам нужно найти произведение последовательных чисел от L до R, обозначим его как P(L, R). Разделим интервал от L до R пополам и посчитаем P(L, R) как P(L, M) * P(M + 1, R), где M находится посередине между L и R, M = (L + R) / 2. Заметим, что множители будут примерно одинаковой длины. Аналогично разобьем P(L, M) и P(M + 1, R). Будем производить эту операцию, пока в каждом интервале останется не более двух множителей. Очевидно, что P(L, R) = L, если L и R равны, и P(L, R) = L * R, если L и R отличаются на единицу. Чтобы найти N! нужно посчитать P(2, N).

Посмотрим, как будет работать наш алгоритм для N=10, найдем P(2, 10):

P(2, 10)
P(2, 6) * P(7, 10)
( P(2, 4) * P(5, 6) ) * ( P(7, 8) * P(9, 10) )
( (P(2, 3) * P(4) ) * P(5, 6) ) * ( P(7, 8) * P(9, 10) )
( ( (2 * 3) * (4) ) * (5 * 6) ) * ( (7 * 8) * (9 * 10) )
( ( 6 * 4 ) * 30 ) * ( 56 * 90 )
( 24 * 30 ) * ( 5 040 )
720 * 5 040
3 628 800

Получается своеобразное дерево, где множители находятся в узлах, а результат получается в корне
Как посчитать факториал большого числа. Смотреть фото Как посчитать факториал большого числа. Смотреть картинку Как посчитать факториал большого числа. Картинка про Как посчитать факториал большого числа. Фото Как посчитать факториал большого числа

Реализуем описанный алгоритм:

Для N=50 000 факториал вычисляется за 0,9 секунд, что почти вдвое быстрее, чем в наивной реализации.

Алгоритм вычисления факторизацией

Для наглядности посчитаем, сколько раз двойка содержится в 10! Двойку дает каждый второй множитель (2, 4, 6, 8 и 10), всего таких множителей 10 / 2 = 5. Каждый четвертый дает четверку (2 2 ), всего таких множителей 10 / 4 = 2 (4 и 8). Каждый восьмой дает восьмерку (2 3 ), такой множитель всего один 10 / 8 = 1 (8). Шестнадцать (2 4 ) и более уже не дает ни один множитель, значит, подсчет можно завершать. Суммируя, получим, что показатель степени при двойке в разложении 10! на простые множители будет равен 10 / 2 + 10 / 4 + 10 / 8 = 5 + 2 + 1 = 8.

Если действовать таким же образом, можно найти показатели при 3, 5 и 7 в разложении 10!, после чего остается только вычислить значение произведения:

10! = 2 8 * 3 4 * 5 2 * 7 1 = 3 628 800

Осталось найти простые числа от 2 до N, для этого можно использовать решето Эратосфена:

Эта реализация также тратит примерно 0,9 секунд на вычисление 50 000!

Как справедливо отметил pomme скорость вычисления факториала на 98% зависит от скорости умножения. Попробуем протестировать наши алгоритмы, реализовав их на C++ с использованием библиотеки GMP. Результаты тестирования приведены ниже, по ним получается что алгоритм умножения в C# имеет довольно странную асимптотику, поэтому оптимизация дает относительно небольшой выигрыш в C# и огромный в C++ с GMP. Однако этому вопросу вероятно стоит посвятить отдельную статью.

Все алгоритмы тестировались для N равном 1 000, 2 000, 5 000, 10 000, 20 000, 50 000 и 100 000 десятью итерациями. В таблице указано среднее значение времени работы в миллисекундах.
Как посчитать факториал большого числа. Смотреть фото Как посчитать факториал большого числа. Смотреть картинку Как посчитать факториал большого числа. Картинка про Как посчитать факториал большого числа. Фото Как посчитать факториал большого числа

График с линейной шкалой
Как посчитать факториал большого числа. Смотреть фото Как посчитать факториал большого числа. Смотреть картинку Как посчитать факториал большого числа. Картинка про Как посчитать факториал большого числа. Фото Как посчитать факториал большого числа

График с логарифмической шкалой
Как посчитать факториал большого числа. Смотреть фото Как посчитать факториал большого числа. Смотреть картинку Как посчитать факториал большого числа. Картинка про Как посчитать факториал большого числа. Фото Как посчитать факториал большого числа

Идеи и алгоритмы из комментариев

Хабражители предложили немало интересных идей и алгоритмов в ответ на мою статью, здесь я оставлю ссылки на лучшие из них

Исходные коды реализованных алгоритмов приведены под спойлерами

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *