【算法】扩展欧几里得算法
一、欧几里得算法
我们前面学过求最大公约数的算法:欧几里得算法(又叫辗转相除法) ,一般缩写是gcd,在C++中经常写成如下形式:
int gcd(int a,int b) { if(a%b==0) return b; else return gcd(b,a%b); }
原理就是代码中比较核心的 gcd(b,a%b),这个定理用文字描述就是:
用a除以b(这里是a>b,当然,在程序编程中,求两个数的最大公约数,可以不限a和b的大小,a<b也就是多一次循环)得到结果q和余数r,再用除数b除以余数r 再得到一个余数,再用除数除以余数,…如此循环,直到余数为0,那么此时的除数就是最大公因数。
想要证明gcd(a,b) = gcd(b,a%b),需要简单了解下面两个引理:
若d是a和b的公约数,那么d也是b和c的公约数(c为a%b)
若d是b和c的公约数(c为a%b),那么d也是a和b的公约数
这两个引理的是什么意思呢,拿第一个来说;
假设一个数d是a的因子,也就是a=m*d,同时也是b的因子,b=n*d,那么a%b = a-w*b = (m-w*n)*d;
由此可得,a的因子集合、b的因子集合和c的因子集合是相同的;
然后利用上述定理当余数为0的时候,除数就是最大公约数;
二、扩展欧几里得算法
从字面上看,扩展欧几里得算法就是把欧几里得算法进行了扩展,不仅能求a和b的最大公约数,还其他功能,比如:
求ax+by=m的任意一组解,最小整数解。
求模逆元(模反元素)
为了了解学习上面的公式,需要先了解一个裴属定理