辗转相除

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辗转相除

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辗转相除法
辗转相除法的证明
辗转相除法的算法
辗转相除法的计算机代码

辗转相除法

  辗转相除,又名 欧几里德算法(Euclidean algorithm)乃求两个正整数之最大公因子的算法。它是已知最古老的算法, 其可追溯至前300年。它首次出现于欧几里德的《 几何原本》(第VII卷,命题i和ii)中,而在中国则可以追溯至东汉出现的《 九章算术》。它并不需要把二数作质因子分解。

辗转相除法的证明

  证明:
  设两数为a、b(b<a),求它们最大公约数(a、b)的步骤如下:用b除a,得a=bq1+r1(0≤r<b)。若r1=0,则(a,b)=b;若r1≠0,则再用r1除b,得b=rq2+r2(0≤r2<r1)。若r2=0,则(a,b)=r1,若r2≠0,则继续用r2除r1,……如此下去,直到能整除为止。其最后一个非零余数即为(a,b)。

辗转相除法的算法

  算法
   辗转相除法是利用以下性质来确定两个正整数 a 和 b 的最大公因子的:
  1. 若 r 是 a ÷ b 的余数, 则
  gcd(a,b) = gcd(b,r)
  2. a 和其倍数之最大公因子为 a。
  另一种写法是:
  1. a ÷ b,令r为所得余数(0≤r<b)
  若 r = 0,算法结束;b 即为答案。
  2. 互换:置 a←b,b←r,并返回第一步。

辗转相除法的计算机代码

  虚拟码
  这个算法可以用递归写成如下:
  function gcd(a, b) {
  if a mod b<>0
  return gcd(b, a mod b);
  else
  return a;
  }
  或纯使用循环:
  function gcd(a, b) {
  define r as integer;
  while b ≠ 0 {
  r := a mod b;
  a := b;
  b := r;
  }
  return a;
  }
  其中“a mod b”是指取 a ÷ b 的余数。
  例如,123456 和 7890 的最大公因子是 6, 这可由下列步骤看出:
  a b a mod b
  123456 7890 5106
  7890 5106 2784
  5106 2784 2322
  2784 2322 462
  2322 462 12
  462 12 6
  12 6 0
  只要可计算余数都可用 辗转相除法来求最大公因子。这包括多项式、复整数及所有欧几里德定义域(Euclidean domain)。
   辗转相除法的运算速度为 O(n2),其中 n 为输入数值的位数。

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