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欧几里德算法(Euclidean algorithm)

时间:2021-11-27 14:22:18

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欧几里德算法(Euclidean algorithm)

1.概述

欧几里德算法又称辗转相除法,用于计算两个整数a,b的最大公约数。其计算原理依赖于下面的定理: gcd函数就是用来求(a,b)的最大公约数的。 gcd函数的基本性质: gcd(a,b)=gcd(b,a)=gcd(-a,b)=gcd(|a|,|b|) 2.原理 设两数为a、b(a>b),用gcd(a,b)表示a,b的最大公约数,r=a (mod b) ,k=a/b(整除),即a÷b=k.......r。 1:令c=gcd(a,b),则设a=mc,b=nc // 因为c是最大公约数 2:根据a÷b=k.......r,可列k*b+r=a,代入a,b,解得r=c*(m-n*k) 3:由2可知c是r的一个因数。 4:可以断定m-kn与n互质(假设m-kn=xd,n=yd (d>1),则m=kn+xd=kyd+xd=(ky+x)d,则a=mc=(ky+x)cd,b=nc=ycd,则a与b的一个公约数cd>c,故c非a与b的最大公约数,与前面结论矛盾),因此c也是b与r的最大公约数。 从而可知gcd(b,r)=c,继而gcd(a,b)=gcd(b,r)。 证毕。 以上步骤的操作是建立在刚开始时r≠0的基础之上的。即m与n亦互质。 当r=0时,c=min(a,b). 代码如下:

int gcd(int a,int b){if(b==0) return a;else return gcd(b,a%b);}

3.拓展欧几里德算法(Extra Euclidean algorithm)

现在我们知道c=gcd(a,b),那么对于a*x+b*y=c的不定方程,我们一定能找到一组特殊解(x0,y0),使得a*x+b*y=c成立、

x = x0 + (b/gcd)*ty = y0 - (a/gcd)*t

具体的原因可以去了解下贝祖等式

同时,我们也可以列出:

b*x1 + (a%b)*y1 = gcd

我们知道: a%b = a - (a/b)*b('/'整除)

那么,我们可以进一步得到:

gcd = b*x1 + (a-(a/b)*b)*y1

= b*x1 + a*y1 – (a/b)*b*y1

= a*y1 + b*(x1 – a/b*y1)

x = y1y = x1 – a/b*y1

有了递推式,就可以形成递归

int exgcd(int a,int b,int &x,int &y){int ans,temp;if(b==0){x=1;y=0;return a;}ans=exgcd(b,a%b,x,y);temp=x;x=y;y=temp-a/b*y;return ans;}

更多拓展的内容可以参考:/yo_joker/article/details/52578174

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