扩展欧几里得算法

    xiaoxiao2022-07-03  116

    最大公约数由 g c d ( a , b ) = g c d ( b , a % b ) gcd(a,b) = gcd(b,a\%b) gcd(a,b)=gcd(b,a%b) 辗转相除法得到,

    贝祖定理

    存在整数a,b ,那么一定存在整数x,y,使得 a x + b y = g c d ( a , b ) ax+by = gcd(a,b) ax+by=gcd(a,b)

    可以判断 a x + b y = g c d ( a , b ) ax + by = gcd(a,b) ax+by=gcd(a,b)是否有解,或者 a x + b y = m ax + by = m ax+by=m m = k ∗ g c d ( a , b ) m = k * gcd(a,b) m=kgcd(a,b)通过求gcd时 推x,y首先是一组特解x = 1 y = 0

    假设在辗转求gcd时满足一组 b ∗ x + ( a % b ) ∗ y b*x+(a\%b)*y bx+(a%b)y (注意到此时a=b b=a%b,后面会解释)

    (在 c + + c++ c++中 a%b = a-(a/b)*b)

    带入上式中 b ∗ x + { a − ( a / b ) ∗ b } ∗ y b*x+\{a-(a/b)*b\}*y bx+{a(a/b)b}y ->

    b ∗ x + a ∗ y − ( a / b ) ∗ b ∗ y b*x+a*y-(a/b)*b*y bx+ay(a/b)by->

    a ∗ y + b ∗ { x − ( a / b ) ∗ y } a*y+b*\{x-(a/b)*y\} ay+b{x(a/b)y}. 将此式对比原式

    a ∗ x + b ∗ y = g c d ( a , b ) a*x+b*y = gcd(a,b) ax+by=gcd(a,b)

    得到了x,y的递推方程
    x = y x = y x=y y = { x − ( a / b ) ∗ y } y = \{x-(a/b)*y\} y={x(a/b)y}代码表示就为 int temp = y; y = x - (a/b) * y; x = temp; 还要注意到带入的式子 b ∗ x + ( a % b ) ∗ y b*x+(a\%b)*y bx+(a%b)y (此时a = b b = a%b)所以我们在递推x,y时,当前一步求的x,y是在下一步中得到,因为下一步a == b , b == a % b,所以写在递归回溯的地方 #include <iostream> using namespace std; int exgcd(int a,int b,int& x,int& y) {//扩展欧几里得算法 if(b == 0) { x = 1; y = 0; return a; //到达递归边界开始向上一层返回 } int r = exgcd(b,a%b,x,y); // 在满足 ax + by -> bx + (a%b)y -> bx+(a-a/b*b)y -> ay + b(x - a/by) int temp = y; //保存一下 y, y = x - (a/b) * y; x = temp; return r; // 在求gcd的时候将 x,y 也通过递推求出 } int gcd(int a,int b) { while (b != 0) { int temp = a; a = b; b = temp % b; } // cout << "a " << a << "b " << b << endl; return a; } int main() { while (1) { int a,b; int x = 0,y = 0; cin >> a >> b; cout << "gcd: " << gcd(a,b) << endl; exgcd(a,b,x,y); cout << "x = " << x << "y = " << y << endl; } return 0; }
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