gcd(欧几里得算法)与exgcd(扩展欧几里得算法)
欧几里得算法:
1.定义:gcd的意思是最大公约数,通常用扩展欧几里得算法求
原理:gcd(a, b)=gcd(b, a%b)
2.证明:
令d=gcd(a, b) => a=m*d,b=n*d
则m*d=t*n*d+a%b => a%b=d*(m-t*n)
gcd(b, a%b)=gcd(n*d, (m-t*n)*d)
令gcd(n, m-t*n)=e => n=x*e,m-t*n=y*e
则m-x*e*n=y*e => m=e*(x*n+y)
由gcd(n, m)=1知gcd(e*(x*n+y), e*x)=1
故e=1
故gcd(n*d, (m-t*n)*d)=d即gcd(b, a%b)=gcd(a, b)
3.边界:
当b=0时return a
可以视为gcd(a, 0)=a,任何数都能整除0
也可以视为gcd(a, b)=b,这里的a和b是上一层的,满足a%b=0
4.特殊情况:
当a<b时,a%b=a,所以在下一层gcd(b, a%b)中相当于把a与b交换
5.代码:
int gcd(int a,int b){ return b ? gcd(b,a%b) : a;}
一行gcd
扩展欧几里得算法:
1.丢番图方程:
有一个或者几个变量的整系数方程,它们的求解仅仅在整数范围内进行。
扩展欧几里得算法研究的是形如 a*x+b*y=c 的丢番图方程的解
2.裴蜀定理:
对于正整数a和b,令gcd(a, b)=d,则对于任意整数x和y,都有d|(a*x+b*y)
证明:
令a=n*d,b=m*d,则a*x+b*y=d*n*x+d*m*y
显然d|(d*n*x+d*m*y)
3.引理:
丢番图方程 a*x+b*y=c 有解当且仅当d|c
对于任意整数x和y,a*x+b*y的最小正值为gcd(a, b)
证明:
①必要性:
由裴蜀定理,不存在整数x和y,使得d不整除(a*x+b*y)
②充分性:
要证a*x+b*y=c有解,只需a*x+b*y=d有解
令对于任意整数x和y,a*x+b*y能得到的最小正值为s
由裴蜀定理,d|s,则d<=s
令q=⌊a/s⌋,p=a%s
则p=a-q*(a*x+b*y)=a*(1-q*x)-q*b*y=a*(1-q*x)+b*(-q*y)
由p=a%s知0<=p<s
又s为a*x+b*y能得到的最小正值
故p=0,即s|a
同理,s|b,即s|d,故s<=d
综上,s=d
即对于任意整数x和y,a*x+b*y能得到的最小正值为d
故存在整数x和y,使a*x+b*y=d
即存在整数x和y,使a*x+b*y=c
4.扩展欧几里得算法:
通常将求解a*x+b*y=c转化为求解a*x+b*y=gcd(a, b),得解后乘上c/gcd(a, b)即可
令
a*x1+b*y1=gcd(a, b)
b*x2+(a%b)*y2=gcd(b, a%b)
由gcd(a,b)=gcd(b,a%b)知
a*x1+b*y1=b*x2+(a%b)*y2
=b*x2+(a-b*⌊a/b⌋)*y2=a*y2+b*(x2-⌊a/b⌋*y2)
故x1=y2,y1=(x2-⌊a/b⌋*y2)
如此递归直至边界情况
5.边界:
当b=0时,gcd(a, b)=a(任何数都能整除0)
a*x+b*y=a*x=gcd(a, b)*x
若使a*x+b*y=gcd(a, b),只需x=1,y可以为任何值,通常设为0,减少溢出的风险
y的多值对应方程的多解
6.通解:
对于对于第一个解x0和y0,其他解可以表示为x0+(b/d)*k和y0-(a/d)*k
推导:
令a*(x+m)+b*(x-n)=d
=> a*m=b*n => m/n=b/a
因gcd(a, b)=d,m和n均为整数
故m和n的最小值分别为b/d和a/d
若要求其中一个解为正整数,可在得到负解后用通解转化为正数
7.代码:
void exgcd(int a,int b,int &x,int &y){
if(!b){
x=,y=;
return ;
}
exgcd(b,a%b,x,y);
int z=x;
x=y,y=(z-a/b*y);
}
8.易错点:
算法中存在乘法,有溢出的风险,应见机开long long
例题:
洛谷4549 裴蜀定理
洛谷1516 青蛙的约会
洛谷3951 小凯的疑惑
洛谷1082 同余方程
gcd(欧几里得算法)与exgcd(扩展欧几里得算法)的更多相关文章
- 详解扩展欧几里得算法(扩展GCD)
浅谈扩展欧几里得(扩展GCD)算法 本篇随笔讲解信息学奥林匹克竞赛中数论部分的扩展欧几里得算法.为了更好的阅读本篇随笔,读者最好拥有不低于初中二年级(这是经过慎重考虑所评定的等级)的数学素养.并且已经 ...
- 欧几里得算法与扩展欧几里得算法_C++
先感谢参考文献:http://www.cnblogs.com/frog112111/archive/2012/08/19/2646012.html 注:以下讨论的数均为整数 一.欧几里得算法(重点是证 ...
- [数学基础] 4 欧几里得算法&扩展欧几里得算法
欧几里得算法 欧几里得算法基于的性质: 若\(d|a, a|b\),则\(d|(ax+by)\) \((a,b)=(b,a~mod~b)\) 第二条性质证明: \(\because a~mod~b=a ...
- 浅谈扩展欧几里得算法(exgcd)
在讲解扩展欧几里得之前我们先回顾下辗转相除法: \(gcd(a,b)=gcd(b,a\%b)\)当a%b==0的时候b即为所求最大公约数 好了切入正题: 简单地来说exgcd函数求解的是\(ax+by ...
- 【learning】 扩展欧几里得算法(扩展gcd)和乘法逆元
有这样的问题: 给你两个整数数$(a,b)$,问你整数$x$和$y$分别取多少时,有$ax+by=gcd(x,y)$,其中$gcd(x,y)$表示$x$和$y$的最大公约数. 数据范围$a,b≤10^ ...
- 扩展欧几里得算法(exGCD)学习笔记
@(学习笔记)[扩展欧几里得] 本以为自己学过一次的知识不会那么容易忘记, 但事实证明, 两个星期后的我就已经不会做扩展欧几里得了...所以还是写一下学习笔记吧 问题概述 求解: \[ax + by ...
- 扩展欧几里得算法详解(exgcd)
一.前言 本博客适合已经学会欧几里得算法的人食用~~~ 二.扩展欧几里得算法 为了更好的理解扩展欧几里得算法,首先你要知道一个叫做贝祖定理的玄学定理: 即如果a.b是整数,那么一定存在整数x.y使得$ ...
- 扩展欧几里得算法(EXGCD)学习笔记
0.前言 相信大家对于欧几里得算法都已经很熟悉了.再学习数论的过程中,我们会用到扩展欧几里得算法(exgcd),大家一定也了解过.这是本蒟蒻在学习扩展欧几里得算法过程中的思考与探索过程. 1.Bézo ...
- 扩展欧几里得算法(exgcd)
Bezout定理: 对于任意整数a,b,存在一对整数x,y满足:a*x+b*y=gcd(a,b) 证明如下: 在欧几里得算法的最后一步:b=0,即:gcd(a,0)=a 对于b>0,根据欧几里得 ...
随机推荐
- SpringBoot搭建聚合项目-实战记录01
工具:Spring Tool Suite 4 项目搭建 1.首先建立工作集 : Configure Working Sets -> New.. ->设置名称(如project) -> ...
- 非常好用的vue数字滚动插件vue-countTo
参考链接:https://blog.csdn.net/gaoxin666/article/details/84635056
- vue ts ,vue使用typescript,三种组件传值方式
参考链接:https://juejin.im/post/5c55156f6fb9a049ef270541
- js放到head中失效的原因与解决方法
1.今天写js碰到一个奇怪的问题,写好的js放到body里面执行,但是放到head中没有任何效果,为什么导致这种原因呢? 看失效代码: ? 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 ...
- 第八周课程总结&实验报告(六)
第八周课程总结 启动多线程售票(上课老师说要加入作业的部分) public class TestDemo { public static void main(StringD args) throws ...
- 通过js判断整型,浮点型,布尔型,字符串型
<!DOCTYPE html> <html > <head> <meta charset="UTF-8"> < ...
- [转帖]k8s.gcr.io镜像无法下载的问题
k8s.gcr.io镜像无法下载的问题 https://blog.51cto.com/liuzhengwei521/2301497 看了下 赵安家老师应该是青岛人 在济南顺能网络科技有限公司上班 铭盛 ...
- BufferedImage类、Image类、Graphics类
BufferedImage Image是一个抽象类,BufferedImage是其实现类,是一个带缓冲区图像类,主要作用是将一幅图片加载到内存中(BufferedImage生成的图片在内存里有一个图像 ...
- 区间问题 codeforces 422c+hiho区间求差问
先给出一个经典的区间处理方法 对每个区间 我们对其起点用绿色标识 终点用蓝色标识 然后把所有的点离散在一个坐标轴上 如下图 这样做有什么意义呢.由于我们的区间可以离散的放在一条轴上面那么我们在枚举区 ...
- NYOJ 石子合并(一) 区间dp入门级别
描述 有N堆石子排成一排,每堆石子有一定的数量.现要将N堆石子并成为一堆.合并的过程只能每次将相邻的两堆石子堆成一堆,每次合并花费的代价为这两堆石子的和,经过N-1次合并后成为一堆.求出总的代价 ...