拓展欧几里得算法

在介绍拓展欧几里得算法之前,先说一下欧几里得算法:
欧几里得算法又称辗转相除法,由于计算两个整数a,b的最大公约数。
基本算法:设a=qb+r,其中a,b,q,r都是整数,则gcd(a,b) = gcd(b,a%b)

代码如下:

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

还可以用迭代的形式:

int gcd(int a, int b)
{
    while(b != 0)
    {
          int r = b;
          b = a % b;
          a = r;
    }
    return a;
}

然后是扩展欧几里得算法
基本算法:对于不完全为零的非负整数a,b,gcd(a,b)表示a,b的最大公约数,必然存在整数对x,y,使得gcd(a,b)=ax+by。
先是代码:

int exgcd (int a, int b, int &x, int &y)
{
    if (b == 0)//1
    {
        x = 1;
        y = 0;
        return a;
    }
    int ans = exgcd (b, a%b, x, y);
    int t = x;
    x = y;
    y = t - (a/b)*y;//2
    return ans;
}

首先是1处由拓展欧几里得算法得ax+by=gcd(a,b),而此时b=0,也就是说gcd(a,0)=a,也就是ax+by=a,由此可得x=1,y=0.
2处:假设x,y代表第一次递归的值,x1和y1代表第二次递归的值,则gcd(a,b)==gcd(b,a%b),同时都代入式1,有ax+by==b*x1+(a%b)*y1。将右边变形一下
b*x1+(a%b)y1==b*x1+(a-(a/b)*b)*y1==a*y1+b(x1-(a/b)y1),最终得到ax+by==a*y1+b(x1-(a/b)*y1)
也就是说,上一深度的x等于下一深度的y1,上一深度的y等于下一深度的x1-(a/b)*y1。 需要注意,上面推导时用的除法都是整型除法。
扩展欧几里德算法的应用主要有以下三方面:
(1)求解不定方程;
(2)求解模线性方程(线性同余方程);
(3)求解模的逆元;

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