欧几里德算法及其扩展和中国剩余定理(暂时先写到这)
来源:互联网 发布:网络音乐黑名单 编辑:程序博客网 时间:2024/06/06 16:38
百度百科了用了一个词“朴素”来形容这个算法,我想我根本不理解朴素这个词到底什么意思,看了大半天,红红火火恍恍惚惚...
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:
gcd函数就是用来求(a,b)的最大公约数的。
gcd函数的基本性质:
gcd(a,b)=gcd(b,a)=gcd(-a,b)=gcd(|a|,|b|)
公式表述
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
代码实现:template<class T> T gcd(T a, T b) { return b ? gcd(b, a % b) : a;}
扩展欧几里德算法
基本算法:对于不完全为 0 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。
证明:设 a>b。
1,显然当 b=0,gcd(a,b)=a。此时 x=1,y=0;
2,ab!=0 时
设 ax1+by1=gcd(a,b);
bx2+(a mod b)y2=gcd(b,a mod b);
根据朴素的欧几里德原理有 gcd(a,b)=gcd(b,a mod b);
则:ax1+by1=bx2+(a mod b)y2;
即:ax1+by1=bx2+(a-(a/b)*b)y2=ay2+bx2-(a/b)*by2;
根据恒等定理得:x1=y2; y1=x2-(a/b)*y2;
上面的思想是以递归定义的,因为 gcd 不断的递归求解一定会有个时候 b=0,所以递归可以结束。
递归代码:
int exgcd(int a,int b,int &x,int &y){ if(b==0) { x=1; y=0; return a; } int r=exgcd(b,a%b,x,y); int t=x; x=y; y=t-a/b*y; return r;}
非递归代码:
int exgcd(int m,int n,int &x,int &y){ int x1,y1,x0,y0; x0=1; y0=0; x1=0; y1=1; x=0; y=1; int r=m%n; int q=(m-r)/n; while(r) { x=x0-q*x1; y=y0-q*y1; x0=x1; y0=y1; x1=x; y1=y; m=n; n=r; r=m%n; q=(m-r)/n; } return n;}
扩展欧几里德应用之线性同余方程:
You are given two positive integers x
and p
. Find a modular inverse for x mod p
, wherep
is prime.
Note: the modular inverse of x mod p
is the y
value that makes (x * y) % p = 1
.
void exgcd(int a, int b, int &d, int &x, int &y) {if (!b) {d = a; x = 1; y = 0;}else {exgcd(b, a%b, d, y, x); y -= x*(a / b);}}int ReversePrime(int a, int m) {int d, x, y;exgcd(a, m, d, x, y);if (d == 1){ while (x <= 0)x += m; } return x;}
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