关于欧几里得算法和拓展欧几里得算法

关于欧几里得算法和拓展欧几里得算法
求解两个数的最大公约数,有三种比较常用的算法:蛮力法、更相减损法以及欧几里得算法。在这里我们只讨论欧几里得算法,蛮力法的时间复杂度过大,不适合求解数据量比较大情况。而更相减损法与欧几里得算法其实有共通性。
首先,欧几里得算法,可以用一个函数gcd()表示,我们假设现在有两个数a和b。
1、gcd(a,b)= gcd(b,a)
2、gcd(a,b)=gcd(b,a%b)
3、gcd(a,0)=a
通过以上三个公式,我们就可以求解两个数的最大公约数了。
这里给一个例子:假设我们要求104,195的最大公约数
gcd(104,195)=gcd(195,104)=gcd(104,91)=gcd(91,13)=gcd(13,0)=13
根据上面的例子,可以看出欧几里得算法比蛮力法快
下面,我将给出该算法的几个代码版本。
递归:

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

以上为尾递归,我们可以将其改为非递归版本:

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

另外,拓展欧几里得算法不仅可以计算出两个数的最大公约数,还能给出
ax+by=gcd(a,b)的一个x,y的解(x,y不止一组解)
我们已经知道了欧几里得算法的一些公式,通过这些公式我们便可以很方便的推导出拓展欧几里得算法。
1、ax+by=gcd(a,b)=gcd(b,a%b)
2、 gcd(b,a%b)=bx+(a%b)y
3、gcd(a,0)=ax+0y=a 得x=1,y=0
(注:以上三个式子中,x,y相互无关)
通过上面的式子,我们可以知道
前一组x,y的解与后一组x,y的解有关。
我们设 ax+by=gcd(a,b)、gcd(b,a%b)=bx’+(a%b)y’

已知a%b=a-[a/b]*b([a/b]表示a/b后截掉小数部分)
gcd(b,a%b)=bx’+(a-[a/b]*b)y’=ay’+b(x’-[a/b]*y’)
再根据我们设的式子,不难看出
ax+by= ay’+b(x’-[a/b]*y’)
所以,后一个的解可以推出前一个的解,可得
x=y’
y=x’-[a/b]*y’
这样,我们可以很方便得写出递归版本的程序

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

此程序可以用非递归版本实现,可以通过栈来保存每次递归中a和b的值来实现。

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