最大公约数问题
描述:对于给定正整数x,y,求它们的最大公约数d,并且求出参数a, b使得ax+by=d
辗转相除法
最大公约数的编程求解一般采用辗转相除法,具体如下:
1.取x,y中的较大者,这里假设x>y。
2.用x对y取模(即mod运算),x % y = d.
3.如果d==0,则最大公约数为y;如果d!=0,则令x=y,y=d,继续第二步。
对于等式ax+by=d中a,b的求解方法,一般是在x,y辗转相除法的过程中递归得到的,具体如下。
假设在辗转相除法的倒数第二步中的x,y为x1,y1,x1 % y1 = d1 != 0。
然后采用上面第三步的方法令x2 = y1, y2 = d1,这时x2 % y2 = 0。说明y2就是我们求的最大公约数d。
这时我们令a2 = 0, b2 = 1,则a2 * x2 + b2 * y2 = d。
通过上面的推倒,我们知道x2 = y1, y2 = d1 = x1 % y1 = x1 - y1 * r (r = x1整除y1) 。
代入公式得到a2 * y1 + b2 * (x1 - y1 * r) = d = b2 * x1 + (a2 - b2*r) * y1 = d.
可以得出结论,a1 = b2, b1 = (a2 - b2*r) 。
转换为c代码如下
static int gcd(int x, int y, int *a, int *b)
{
int q = x/y;
int r = x%y;
int d, a1, b1;
if(r == 0)
{
*a = 0;
*b = 1;
return y;
}
d = gcd(y, r, &a1, &b1);
*a = b1;
*b = a1 - b1*q;
return d;
}
顺序推倒法
由上面的辗转相除法的推倒过程,我们可以得到启示。如果我们定义两个等式如下:
1 * x + 0 * y = x ---------------- (1)
0 * x + 1 * y = y ---------------- (2)
我们计算x/y,令r = x / y,d = x % y = x - (r * y)。我们在上面两个等式的左右两边分别做计算,用上面等式的值 减去 下面等式乘以r。如下
(1 - 0 * r) * x + (0 - 1 * r) * y = x - r * y = d ----------------
(3)
这时候,对等式(2)和(3)做重复的操作,直到d==0。
转化为c代码如下:
static int FastGCD(int x, int y, int *a, int *b)
{
int a1=1, b1=0, a2=0, b2=1;
int q, tmp_a, tmp_b;
int r = x%y;
while((r = x%y)!=0)
{
q = x/y;
tmp_a = a1-q*a2;
tmp_b = b1-q*b2;
a1 = a2, b1 = b2, a2 = tmp_a, b2 = tmp_b;
x = y;
y = r;
}
*a = a2;
*b = b2;
return y;
}