欧几里得 & 拓展欧几里得算法 解说 (Euclid & Extend- Euclid Algorithm)
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欧几里得& 拓展欧几里得(Euclid & Extend-Euclid)
欧几里得算法(Euclid)
背景:
欧几里德算法又称辗转相除法。用于计算两个正整数a。b的最大公约数。
——百度百科
代码:
递推的代码是相当的简洁:
int gcd(int a,int b) { return b == 0 ? a : gcd(b, a % b); }
分析:
方法说了是辗转相除法,自然没有什么好介绍的了。
。
Fresh肯定会认为这样递归下去会不会爆栈?实际上在这里是不会爆栈的,由于递归的层数是很小的,不信你能够随便拿一些大数測试一下,lrj的白书和紫书上讲到gcd函数的递归层数不超过40785lgN + 1.6723,当中N=max{a,b}。让gcd函数递归层数最多的是gcd(F(n),F(n-1))。F(n)是Fibonacci数!!至于为什么博主没有证明。有想法的小伙伴麻烦在评论在说下下。(*^__^*) 嘻嘻……
拓展欧几里得(Extend- Euclid)
背景:
扩展欧几里德算法是用来在已知a, b求解一组x,y [x,y都是整数],使它们满足贝祖等式: ax+by = gcd(a, b) =d(解一定存在。依据数论中的相关定理)。
扩展欧几里德经常使用在求解模线性方程及方程组中。 ——百度百科
用到的几个欧几里得重要结论:
1) gcd(a,b) = gcd(b,a %b);
2) gcd(a,0) = a.
代码:
typedef __int64 ll; void exgcd(ll a, ll b, ll& d, ll& x, ll &y) { if(!b) { d = a, x = 1, y = 0; } else { exgcd(b, a % b, d, y, x); y -= x * (a / b); } }
分析:
设例如以下两个方程:
ax+by = gcd(a,b) = d。
bx’+(a%b)y’ = gcd(b,a%b);
那么由重要结论(1)有gcd(a,b) = gcd(b,a %b),
那么ax+by = bx’+(a%b)y’ = bx’ +(a – [a/b]*b)y’ = ay’ + b(x’ – [a/b]y’),
由恒等关系有: x = y’ , y = (x’ – [a/b]y’),[a/b]表示a/b的值向下取整。
........
那么如今就能够用exgcd(a,b,d,x,y)表示方程ax+by = d,那么由上面一直递归下去,直到 b = 0。递归结束。此时 d = gcd(a,0) =a , x = 1,y =0;【由于 ax+0*y = gcd(a,0)嘛~】
拓展欧几里得的几个应用
求解不定方程
比如:求解不定整数方程ax+by = c
求ax+by = c。 令d =gcd(a,b);
那么(a / d ) * x + (b / d )* y = c / d
由于(a / d )、(b / d ) 、x、y都是整数,那么保证原不定整数方程ax+by = c有解的充要条件就是c / d为整数,即c是gcd(a,b)的倍数。
假设有解。那么令 K = c/d;
那么。对方程aX+bY = d;如果有拓展欧几里得求出一组解为(X0,Y0)。那么aX0+bY0 = d;等式两边同一时候乘以K,即K*( aX0+bY0 ) = d*K = c。由恒等关系。原方程的解(x0。y0):
X0 = KX0 = c/d * X0,y0 = KY0 = c/d *Y0。
不定方程的通解:
若(x0,y0)是不定整数方程ax+by = c的一组解,则他的随意整数解都能够表示成(x0+ kb’, y0-ka’),当中a’ = a/gcd(a,b), b’ = b/gcd(a,b).
例题:
POJ 1061青蛙的约会 链接: http://poj.org/problem?id=1061
求解模线性方程
方法跟上面类似。将同余方程转化为常规线性方程就能够了,跟上面一样,谈到同余方程的一个解时,事实上指的是一个同余等价类....
详细内容待补充...
求模的逆元
待补充…
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