算法：最大公约数

使用辗转相除法即迭代算法。

 

1、欧几里德算法和扩展欧几里德算法

欧几里德算法
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：

定理：gcd(a,b) = gcd(b,a mod b)

证明：a可以表示成a = kb + r，则r = a mod b
假设d是a,b的一个公约数，则有
d|a, d|b，而r = a - kb，因此d|r
因此d是(b,a mod b)的公约数

假设d 是(b,a mod b)的公约数，则
d | b , d |r ，但是a = kb +r
因此d也是(a,b)的公约数

因此(a,b)和(b,a mod b)的公约数是一样的，其最大公约数也必然相等，得证

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;

namespace ExMaxGongYueShu

{
    class MaxGongYueShu
    {
        public float maxGongYueShu(int n1,int n2)
        {
            int temp = Math.Max(n1, n2);
            n2 = Math.Min(n1, n2);//n2中存放两个数中最小的
            n1 = temp;//n1中存放两个数中最大的
            while(n2!=0)
            {
                n1 = n1 > n2 ? n1 : n2;//使n1中的数大于n2中的数
                int m=n1 % n2;
                n1 = n2;
                n2 = m;
            }

            return n1;
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            int n1=Convert.ToInt32 (Console.ReadLine());
            int n2 = Convert.ToInt32(Console.ReadLine());
            if (n1 * n2 != 0)
            {
                MaxGongYueShu m = new MaxGongYueShu();
                Console.WriteLine(m.maxGongYueShu(n1, n2));
            }
            else
            {
                Console.WriteLine("这两个数不能为0。");
            }
        }
    }

}

2、Stein算法
欧几里德算法是计算两个数最大公约数的传统算法，他无论从理论还是从效率上都是很好的。但是他有一个致命的缺陷，这个缺陷只有在大素数时才会显现出来。

考虑现在的硬件平台，一般整数最多也就是64位，对于这样的整数，计算两个数之间的模是很简单的。对于字长为32位的平台，计算两个不超过32位的整数的模，只需要一个指令周期，而计算64位以下的整数模，也不过几个周期而已。但是对于更大的素数，这样的计算过程就不得不由用户来设计，为了计算两个超过64位的整数的模，用户也许不得不采用类似于多位数除法手算过程中的试商法，这个过程不但复杂，而且消耗了很多CPU时间。对于现代密码算法，要求计算128位以上的素数的情况比比皆是，设计这样的程序迫切希望能够抛弃除法和取模。

Stein算法由J. Stein 1961年提出，这个方法也是计算两个数的最大公约数。和欧几里德算法 算法不同的是，Stein算法只有整数的移位和加减法，这对于程序设计者是一个福音。

为了说明Stein算法的正确性，首先必须注意到以下结论：

gcd(a,a) = a，也就是一个数和他自身的公约数是其自身
gcd(ka,kb) = k gcd(a,b)，也就是最大公约数运算和倍乘运算可以交换，特殊的，当k=2时，说明两个偶数的最大公约数必然能被2整除

C++/java 实现
// c++/java stein 算法
int gcd(int a,int b){
    if(a<b)//arrange so that a>b{
        int temp = a;
        a = b;
        b=temp;
    }
    if(0==b)//the base case
        return a;
    if(a%2==0 && b%2 ==0)//a and b are even
        return 2*gcd(a/2,b/2);
    if ( a%2 == 0)// only a is even
        return gcd(a/2,b);
    if ( b%2==0 )// only b is even
        return gcd(a,b/2);

    return gcd((a+b)/2,(a-b)/2);// a and b are odd

}