欧几里得 拓展欧几里得算法 讲解 (Euclid Extend

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肯定会觉得这样递归下去会不会爆栈?实际上在这里是不会爆栈的,因为递归的层数是非常小的,不信你可以随便拿一些大数测试一下,lrj的白书和紫书上讲到gcd函数的递归层数不超过40785lgN + 1.6723,其中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,根据数论中的相关定理)。扩展欧几里德常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:

设如下两个方程:

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。

……..

那么现在就可以用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;【因为 ax+0*y = gcd(a,0)嘛~】

拓展欧几里得的几个应用求解不定方程

例如: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

因为(a / d )、(b / d ) 、x、y都是整数,那么

如果有解,那么令 K = c/d;

那么,对方程aX+bY = d;假设有拓展欧几里得求出一组解为(X0,Y0),那么aX0+bY0 = d;等式两边同时乘以K,即K*( aX0+bY0 ) = d*K = c;由恒等关系,原方程的解(x0,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,则他的任意整数解都可以表示成(x0+ kb’, y0-ka’),其中a’ = a/gcd(a,b), b’ = b/gcd(a,b).

例题:

POJ 1061青蛙的约会 链接: ?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可以了,跟上面一样,谈到同余方程的一个解时,其实指的是一个同余等价类….

具体内容待补充…

求模的逆元

待补充…

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偶尔因高山流水的美丽停留,

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