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大整数Comba和Karatsuba乘法的多核并行化研究 被引量:3
1
作者 蒋丽娟 刘芳芳 +2 位作者 赵玉文 杨超 蔡颖 《计算机系统应用》 2016年第11期232-236,共5页
大整数运算广泛地应用于公钥加密算法、大规模科学计算中高精度浮点数运算类以及构建大特征值等领域,然而其大部分算法空间和时间开销都很大,尤其对于核心运算之一的大整数乘法,当数据达到一定规模时,超长的串行计算时间已成为制约算法... 大整数运算广泛地应用于公钥加密算法、大规模科学计算中高精度浮点数运算类以及构建大特征值等领域,然而其大部分算法空间和时间开销都很大,尤其对于核心运算之一的大整数乘法,当数据达到一定规模时,超长的串行计算时间已成为制约算法应用的巨大瓶颈.近几年来,伴随着多核、众核芯片的迅猛发展,通过充分挖掘算法本身的并行度以利用并行处理器的强大计算能力,进而高效地提升算法性能,成为一种研究趋势.本文基于通用多核并行计算平台,研究了大整数乘法Comba及Karatsuba快速算法的并行化,提出了高效的多核并行算法.在算法实现及性能优化上,采用了Open MP+SIMD的多级并行技术,使性能获得巨大提升.在性能测试上,我们使用优化的并行算法与原始串行算法进行对比试验,结果显示,8线程并行Comba算法和Karatsuba算法相比串行对应算法分别实现了5.85倍以及6.14倍的性能加速比提升. 展开更多
关键词 大整数运算 Comba算法 karatsuba算法 OPENMP SIMD
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Karatsuba算法的应用研究 被引量:1
2
作者 佟凤辉 樊晓桠 王党辉 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2002年第12期43-44,216,共3页
文章从Karatsuba提出的乘法算法入手,经过逻辑推导,得出一个易于实现的逻辑代数式,根据这个逻辑式设计了一个具有流水线结构的乘法器。并对吞吐率、加速比和效率等性能指标做了详细的分析,用这个算法设计的乘法器结构简单、易于实现流水... 文章从Karatsuba提出的乘法算法入手,经过逻辑推导,得出一个易于实现的逻辑代数式,根据这个逻辑式设计了一个具有流水线结构的乘法器。并对吞吐率、加速比和效率等性能指标做了详细的分析,用这个算法设计的乘法器结构简单、易于实现流水化,适合于数据量大的定点数的计算。 展开更多
关键词 karatsuba算法 CPU 运算速度 乘法器 DSP
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采用Karatsuba算法在FPGA上实现双精度浮点乘法 被引量:1
3
作者 康磊 徐英卓 《西安石油大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2014年第1期98-100,105,共4页
双精度浮点运算广泛应用于数值计算和信号处理中,在IEEE754标准中实现两个双精度浮点乘法需要一个53 bit×53 bit的尾数乘法器,这样的一个乘法器若采用FPGA实现需要大量的硬件资源。将Karatsuba算法应用于浮点运算器中,采用FPGA实... 双精度浮点运算广泛应用于数值计算和信号处理中,在IEEE754标准中实现两个双精度浮点乘法需要一个53 bit×53 bit的尾数乘法器,这样的一个乘法器若采用FPGA实现需要大量的硬件资源。将Karatsuba算法应用于浮点运算器中,采用FPGA实现了一个浮点乘法器,与传统方法相比该乘法器占用硬件资源较少。 展开更多
关键词 双精度浮点数 浮点乘法 karatsuba算法 FPGA
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基于Karatsuba和Vedic算法的快速单精度浮点乘法器
4
作者 易清明 符清杆 +2 位作者 石敏 骆爱文 陈嘉文 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期368-374,共7页
针对现有的单精度浮点乘法器存在运算速度慢的问题,该文设计了一种融合Karatsuba算法和Vedic算法两者优点的快速单精度浮点乘法器。该文利用Karatsuba算法减少单精度浮点乘法器的乘法运算次数,将24 bit尾数的乘法运算分解为少位数乘法运... 针对现有的单精度浮点乘法器存在运算速度慢的问题,该文设计了一种融合Karatsuba算法和Vedic算法两者优点的快速单精度浮点乘法器。该文利用Karatsuba算法减少单精度浮点乘法器的乘法运算次数,将24 bit尾数的乘法运算分解为少位数乘法运算,获得基于3 bit和4 bit的尾数乘法架构;进一步地,利用Vedic算法对单精度浮点乘法器的尾数乘法架构进行优化,利用复杂度低、速度快的加法器实现了Karatsuba算法分解后的3 bit和4 bit的两个基本乘法运算,提高了运算速度。仿真及FPGA验证结果表明,该文设计的单精度浮点乘法器相对于基于传统的Karatsuba算法的单精度浮点乘法器、基于Vedic算法的单精度浮点乘法器,其最大运行时钟频率分别提高了约5倍和2倍。 展开更多
关键词 karatsuba算法 乘法运算 最大运行时钟频率 单精度浮点乘法器 Vedic算法
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基于Karatsuba递归思想的Montgomery模乘算法
5
作者 羊红光 黄世中 张利民 《微型机与应用》 2010年第16期21-23,共3页
采用大数的高基表示方法和Karatsuba递归思想改进了Montgomery模乘中的IFIOS实现算法,该算法可以应用于RSA公钥体制下的模乘法器的设计。模乘运算的速度决定了公钥加密系统和众多通信系统的系统性能,通过与IFIOS算法的比较分析发现,改... 采用大数的高基表示方法和Karatsuba递归思想改进了Montgomery模乘中的IFIOS实现算法,该算法可以应用于RSA公钥体制下的模乘法器的设计。模乘运算的速度决定了公钥加密系统和众多通信系统的系统性能,通过与IFIOS算法的比较分析发现,改进后的算法具有使用的乘法次数少、并行性能高等优点,是一种适合设计硬件的高效算法。此算法也适用于其他公钥体制的加解密处理器。 展开更多
关键词 MONTGOMERY模乘 karatsuba递归思想 IFIOS
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一种快速乘法算法——Karatsuba乘法算法 被引量:2
6
作者 蔡风景 李涛 《湘潭师范学院学报(自然科学版)》 2004年第1期55-56,共2页
分析了一种快速乘法算法即Karatsuba算法的原理 ,比较了它对传统算法所具有的优越性 ,提出并论证了关于该算法的一些定理 。
关键词 karatsuba乘法算法 整数 多项式 加法
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基于Knuth与Karatsuba乘法的大整数乘法研究
7
作者 韩猛 方贤进 +1 位作者 郭玉秀 李涛 《安徽理工大学学报(自然科学版)》 CAS 2008年第2期67-69,共3页
在RSA、Diffie-Hellman密码系统的算法中都要用到大整数乘法算术。介绍了Knuth经典乘法、Karatsuba乘法以及它们的计算时间复杂性,在此基础上提出了一个新的大整数乘法技巧,并且在理论上和实践上被证明是有效的。实验结果也显示改进的... 在RSA、Diffie-Hellman密码系统的算法中都要用到大整数乘法算术。介绍了Knuth经典乘法、Karatsuba乘法以及它们的计算时间复杂性,在此基础上提出了一个新的大整数乘法技巧,并且在理论上和实践上被证明是有效的。实验结果也显示改进的大整数乘法算法在实现大整数乘法运算时具有更高的效率。 展开更多
关键词 Knuth乘法 karatsuba乘法 大整数乘法 分治法
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一种基于多层Karatsuba算法的高效全字模乘器设计
8
作者 容源 江先阳 《微电子学与计算机》 2022年第10期97-102,共6页
模乘作为许多密码系统的核心算法,是典型的计算密集型任务,往往是加密系统的性能瓶颈.为此,人们提出了各种面向模乘的专用加速电路.为了进一步提高电路性能,基于大数乘法的多层Karatsuba算法原理提出了一种全字Montgomery模乘器结构,有... 模乘作为许多密码系统的核心算法,是典型的计算密集型任务,往往是加密系统的性能瓶颈.为此,人们提出了各种面向模乘的专用加速电路.为了进一步提高电路性能,基于大数乘法的多层Karatsuba算法原理提出了一种全字Montgomery模乘器结构,有效提高了高基算法中大数运算的效率.提出的多层Karatsuba乘法器结构有效降低了乘法运算粒度,在连续执行大数乘法时使硬件利用率达到最高,同时利用按数据位宽分段运算的方法有效提高了电路的工作频率.基于Virtex7 FPGA器件的综合结果显示,电路时钟频率达到250 MHz,33个周期完成了256位Montgomery模乘运算,延时132 ns.依据我们所知,全字模乘器的综合性能要优于当前最好的工作.提出的设计方法对于如何利用多层Karatsuba算法减小硬件乘法器的面积和关键路径长度提供了切实可行的参考. 展开更多
关键词 MONTGOMERY模乘 karatsuba算法 FPGA ECC RSA
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Implementation of N-Bit Binary Multiplication Using N - 1 Bit Multiplication Based on Nikhilam Sutra and Karatsuba Principles Using Complement Method
9
作者 M. Nisha Angeline S. Valarmathy 《Circuits and Systems》 2016年第9期2332-2338,共8页
This paper is designed to introduce new hybrid Vedic algorithm to increase the speed of the multiplier. This work combines the principles of Nikhilam sutra and Karatsuba algorithm. Vedic Mathematics is the mathematica... This paper is designed to introduce new hybrid Vedic algorithm to increase the speed of the multiplier. This work combines the principles of Nikhilam sutra and Karatsuba algorithm. Vedic Mathematics is the mathematical system to solve the complex computations in an easier manner. There are specific sutras to perform multiplication. Nikhilam sutra is one of the sutra. But this has some limitations. To overcome the limitations, this sutra is combined with Karatsuba algorithm. High speed devices are required for high speed applications with compact size. Normally multipliers require more power for its computation. In this paper, new multiplication algorithm for the multiplication of binary numbers is proposed based on Vedic Mathematics. The novel portion in the algorithm is found to be in the calculation of remainder using complement method. The size of the remainder is always set as N - 1 bit for any combination of input. The multiplier structure is designed based on Karatsuba algorithm. Therefore, N × N bit multiplication is done by (N - 1) bit multiplication. Numerical strength reduction is done through Karatsuba algorithm. The results show that the reduction in hardware leads to reduction in the delay. 展开更多
关键词 Nikhilam Sutra Numerical Strength Reduction karatsuba Vedic Multiplier Weight Reduction
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一种高速可伸缩的双域Montgomery模乘器架构
10
作者 陈億 杨萱 +1 位作者 曾涵 李伟 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期283-290,共8页
为提高Montgomery模乘在硬件实现上的运算速度并保持较高的性能,提出一种适用于高速椭圆曲线密码处理器的高速可伸缩的双域Montgomery模乘算法及其硬件架构。通过迭代调用Karatsuba乘法,实现最大位宽为576 bit的Montgomery模乘,并利用Mo... 为提高Montgomery模乘在硬件实现上的运算速度并保持较高的性能,提出一种适用于高速椭圆曲线密码处理器的高速可伸缩的双域Montgomery模乘算法及其硬件架构。通过迭代调用Karatsuba乘法,实现最大位宽为576 bit的Montgomery模乘,并利用Montgomery模乘相邻运算部分数据的无关性,通过提前计算部分数据,减少Montgomery模乘运算使用的时钟周期数。基于Karatsuba算法中多次使用大位宽加法运算带来资源消耗大和超长进位链的问题,设计基于双域4-2压缩变换的加法选择电路结构,将一个超大位宽的加法运算拆分成多个小位宽的加法,在一个时钟周期内同时得到所有加法运算的结果,并根据加法的进位输出进行最终输出结果的选择,有效缩短加法进位链的延时。实验结果表明,相比基于ASIC的Montgomery模乘实现方案,Montgomery模乘算法及硬件架构具有更高的灵活性,在65 nm的CMOS工艺下进行逻辑综合,最高时钟频率能够达到459 MHz,面积资源占用为480 254μm2,完成0~145 bit、146~289 bit、290~435 bit和436~576 bit的Montgomery模乘分别仅需要8.72 ns、23.98 ns、58.86 ns和71.94 ns,且具有较低的面积时间积。 展开更多
关键词 Montgomery模乘器 karatsuba乘法 可伸缩 椭圆曲线密码 双域4-2压缩变换
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基于理想格的公钥加密方案快速实现技术研究
11
作者 王伯宇 高海英 《密码学报》 CSCD 2023年第4期852-861,共10页
在基于理想格和模格的公钥加密方案中,多项式环上的乘法运算是影响方案实现效率的重要模块,而该模块通常可通过数论变换(number theoretic transform,NTT)来快速实现.本文采用结合Karatsuba算法的带预处理的NTT(preprocess-then-NTT wit... 在基于理想格和模格的公钥加密方案中,多项式环上的乘法运算是影响方案实现效率的重要模块,而该模块通常可通过数论变换(number theoretic transform,NTT)来快速实现.本文采用结合Karatsuba算法的带预处理的NTT(preprocess-then-NTT with Karatsuba,KNTT),提升格公钥加密方案的实现效率.在使用KNTT前,通过改进采样和密文打(解)包结果的存储方式来调整多项式环元素的数据结构,使之直接适用KNTT,从而省去KNTT算法中的预处理和组合环节.改进了KNTT中的NTT变换的实现方式,进一步提高格公钥加密方案的实现效率.KYBER是NIST在第三轮评选中决定标准化的格公钥密码算法,本文将上述改进技术应用于KYBER类加密方案,得到了KNTT-based KYBER算法,与KYBER.CPAPKE相比,密钥生成实现效率提高了5%–8%,加密实现效率提高了7%–10%,解密实现效率提高了9%–10%. 展开更多
关键词 格公钥密码 容错学习问题 KYBER类加密方案 数论变换 结合karatsuba的带预处理的数论变换
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一种改进的Montgomery模乘快速算法 被引量:8
12
作者 孔凡玉 于佳 李大兴 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2005年第8期1-3,9,共4页
利用Karatsuba-Ofman算法的思想,改进了Montgomery模乘的CIOS实现算法:一方面,改进后的CIOS算法在时间效率上有较大提高,减少的乘法次数比率接近25%;另一方面,改进后的算法具有更好的并行性,能够实现两个乘法器的并行结构,适合于设计高... 利用Karatsuba-Ofman算法的思想,改进了Montgomery模乘的CIOS实现算法:一方面,改进后的CIOS算法在时间效率上有较大提高,减少的乘法次数比率接近25%;另一方面,改进后的算法具有更好的并行性,能够实现两个乘法器的并行结构,适合于设计高速的RSA密码专用芯片。 展开更多
关键词 RSA密码体制 MONTGOMERY模乘 CIOS算法 karatsuba-Ofman算法
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高性能多精度乘法器设计 被引量:1
13
作者 严忻恺 吴东 +1 位作者 邬贵明 谢向辉 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2013年第11期146-152,共7页
针对当前硬件领域缺乏对不同乘法算法的实现和比较,对两种著名乘法算法的硬件实现进行了深入研究,在FPGA上实现了高性能多精度Karatsuba乘法器和Toom-3乘法器,并在实验比较分析后得出结论:Toom-3乘法器由于数据依赖性和除法运算在硬件... 针对当前硬件领域缺乏对不同乘法算法的实现和比较,对两种著名乘法算法的硬件实现进行了深入研究,在FPGA上实现了高性能多精度Karatsuba乘法器和Toom-3乘法器,并在实验比较分析后得出结论:Toom-3乘法器由于数据依赖性和除法运算在硬件实现下代价较大,且尚未有较优的解决方法;Karatsuba乘法器在中小精度下的性能和硬件开销均好于Toom-3乘法器。 展开更多
关键词 乘法器 FPGA karatsuba Toom-3 整数除法
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密码学中大整数乘法的研究
14
作者 韩猛 方贤进 +1 位作者 郭玉秀 李涛 《黑龙江科技信息》 2008年第20期64-64,113,共2页
在RSA、Diffie-Hellman密码系统的算法中都要用到大整数乘法算术。以下介绍了Knuth经典乘法、Karatsuba乘法以及它们的计算时间复杂性,在此基础上提出了一个新的大整数乘法技巧,并且在理论上和实践上被证明是有效的。实验结果也显示改... 在RSA、Diffie-Hellman密码系统的算法中都要用到大整数乘法算术。以下介绍了Knuth经典乘法、Karatsuba乘法以及它们的计算时间复杂性,在此基础上提出了一个新的大整数乘法技巧,并且在理论上和实践上被证明是有效的。实验结果也显示改进的大整数乘法算法在实现大整数乘法运算时具有更高的效率。 展开更多
关键词 Knuth乘法 karatsuba乘法 分治法 时间复杂度
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SIMD-LA模型上的大整数乘法
15
作者 赵鹏 张丹丹 田振夫 《微计算机信息》 北大核心 2006年第12X期100-101,165,共3页
本文提出了一种基于SIMD-LA模型的大整数乘法的算法,将分治策略与Karatsuba-Offman算法相结合改进了已有的算法。当使用p台处理器,大整数长度n<=256p时,其时间复杂度为O(p);大整数长度n>256p时,其时间复杂度为O(p+p)。其时间复杂... 本文提出了一种基于SIMD-LA模型的大整数乘法的算法,将分治策略与Karatsuba-Offman算法相结合改进了已有的算法。当使用p台处理器,大整数长度n<=256p时,其时间复杂度为O(p);大整数长度n>256p时,其时间复杂度为O(p+p)。其时间复杂度比传统算法有了进一步的提高。 展开更多
关键词 大整数乘法 SIMD—LA 分治策略 karatsuba—Offman算法
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基于改进KOA方法的模2域多项式乘法器的实现
16
作者 黄小苑 白国强 何良生 《计算机工程与科学》 CSCD 2007年第3期70-73,共4页
有限域上的多项式乘法器是实现ECC底层运算的关键模块。本文基于Karatsuba-Offman提出的分治思想来简化两个多精度操作数的模乘。通过反复调用一个乘法器进行模乘并将结果逐次累加,减少了单精度操作数乘法的次数,从而降低了运算的复杂... 有限域上的多项式乘法器是实现ECC底层运算的关键模块。本文基于Karatsuba-Offman提出的分治思想来简化两个多精度操作数的模乘。通过反复调用一个乘法器进行模乘并将结果逐次累加,减少了单精度操作数乘法的次数,从而降低了运算的复杂度。实验结果显示,这种方法在增加一定路径延时的代价下获得更小的芯片面积和功耗。设计原型改进后适用于无线局域网等要求低功耗、小面积的安全设备中。 展开更多
关键词 KOA方法 ECC 多项式乘法
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面向Saber算法的并行乘法器
17
作者 吕杰 汪鹏君 张会红 《宁波大学学报(理工版)》 CAS 2022年第6期15-21,共7页
随着量子计算的发展,现有密码系统的安全性将受到严重威胁.Saber算法是抵御量子计算攻击的后量子密码方案之一,但存在多项式商环上模乘占据运算开销过大的问题.鉴此,本文通过对Karatsuba算法和Schoolbook相乘方式的剖析,提出一种面向Sa... 随着量子计算的发展,现有密码系统的安全性将受到严重威胁.Saber算法是抵御量子计算攻击的后量子密码方案之一,但存在多项式商环上模乘占据运算开销过大的问题.鉴此,本文通过对Karatsuba算法和Schoolbook相乘方式的剖析,提出一种面向Saber算法的并行乘法器设计方案.该方案首先利用Karatsuba算法分解模乘运算的关键路径,结合乘法复用和加法替换的策略减少硬件开销,然后采用并行运算电路压缩关键运算路径时长,最后在TSMC 65 nm工艺下,利用Modelsim和DC软件仿真验证.结果表明:该方案运算时长为137个时钟周期,与传统方式相比速度提升46.50%,功耗为87.83 m W,面积为927.32×10^(3)μm^(2). 展开更多
关键词 后量子密码 Saber算法 karatsuba算法 Schoolbook相乘方式 并行乘法器
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Design of an Efficient Binary Vedic Multiplier for High Speed Applications Using Vedic Mathematics with Bit Reduction Technique
18
作者 S. K. Manikandan C. Palanisamy 《Circuits and Systems》 2016年第9期2593-2602,共10页
Vedic mathematics is the system of mathematics followed in ancient Indian and it is applied in various mathematical branches. The word “Vedic” represents the storehouse of all knowledge. Because using Vedic Mathemat... Vedic mathematics is the system of mathematics followed in ancient Indian and it is applied in various mathematical branches. The word “Vedic” represents the storehouse of all knowledge. Because using Vedic Mathematics, the arithmetical problems are solved easily. The mathematical algorithms are formed from 16 sutras and 13 up-sutras. But there are some limitations in each sutra. Here, two sutras Nikhilam sutra and Karatsuba algorithm are considered. In this research paper, a novel algorithm for binary multiplication based on Vedic mathematics is designed using bit reduction technique. Though Nikhilam sutra is used for multiplication, it is not used in all applications. Because it is special in multiplication. The remainder is derived from this sutra by reducing the remainder bit size to N-2 bit. Here, the number of bits of the remainder is constantly maintained as N-2 bits. By using Karatsuba algorithm, the overall structure of the multiplier is designed. Unlike the conventional Karatsuba algorithm, the proposed algorithm requires only one multiplier with N-2 bits only. The speed of the proposed algorithm is improved with balancing the area and the power. Even though there is a deviation in lower order bits, this method shows larger difference in higher bit lengths. 展开更多
关键词 karatsuba Nikhilam Sutra Bit Reduction REMAINDER MULTIPLIERS
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一种基于Edwards椭圆曲线的RFID标签芯片加密处理器设计 被引量:3
19
作者 吴诚 王俊宇 《复旦学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期790-798,共9页
本文提出了一款基于二进制Edwards椭圆曲线的高能效椭圆曲线加密处理器.该处理器采用163位密钥,被设计用于无源射频识别(RFID)标签.为了保证椭圆曲线加密(ECC)处理器运算的安全性,处理器使用了二进制Edwards曲线作为加密曲线.ECC处理器... 本文提出了一款基于二进制Edwards椭圆曲线的高能效椭圆曲线加密处理器.该处理器采用163位密钥,被设计用于无源射频识别(RFID)标签.为了保证椭圆曲线加密(ECC)处理器运算的安全性,处理器使用了二进制Edwards曲线作为加密曲线.ECC处理器中的逻辑运算模块所使用的有限域乘法器基于K-O分治算法进行了优化和设计.验证结果显示,该ECC处理器需要14 200个等效门面积,加密过程中完成一次标量乘法需要23 023个时钟周期和0.93μJ的能量.该ECC处理器可以满足RFID标签所需要的能耗、时间和面积要求. 展开更多
关键词 射频识别 椭圆曲线 二进制Edwards曲线 karatsuba-Ofman分治算法
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