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;