求最大公约数---欧几里得算法证明(辗转相除法)

上次写在刷OJ的时候有一道题要对一个分数进行约分,即要求出最大公约数. 这个算法我以前见过,但是不知道怎么证明的,最近看了以下《算法笔记》.了解了一下证明过程,正所谓学习的话要知其然还有知其所以然.

1. 求最大公约数算法

代码非常简单,只需要用一个简单的递归就解决了

int gcc(int a, int b) {
	return b == 0 ? a : gcc(b, a % b);
}

2. 如何证明辗转相除法

定理: 设a、b均为正整数,则gcc(a,b) = gcc(b, a%b)

证明: 设 a = kb + r, 其中k和r分别为a除以b得到的商和余数.
则有r = a - kb成立.
假设d是a、b的最大公约数.那么d也是r的一个约数.
即d是 b 和 a%b 的最大公约数.因此从左到右得证.
同理,由a = kb + r可证从右到左也成立.因此定理得证

  • 当a < b时, 仅仅只是将a、b进行交换
  • 当a > b时, 就可以使数据规模变小,并且变小的速度极快

递归边界: 如何确定递归边界呢?
首先我们知道0和任何一个数的最大公约数,都是那个数. 如0和6的最大公约数一定是6. 因此如果们发现出现了0这个数,那么就可以直接得出最大公约数.

3. 总结

通过上面的证明我们知道了这个算法的核心

  1. 递归式: gcc(a,b) = gcc(b, a %b)
  2. 递归边界: gcc(a, 0) = a

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