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最小公约数(欧几里得算法&&stein算法)

时间:2014-11-12 21:17:10      阅读:318      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:算法   gcd   

求最小公约数,最容易想到的是欧几里得算法,这个算法也是比较容易理解的,效率也是很不错的。也叫做辗转相除法。

对任意两个数a,b(a>b),d=gcd(a,b),如果b不为零,那么gcd(a,b)=gcd(b,a%b)

证明: 令 r=a%b,即存在k,使得 a=b*k+r,那么r=a-b*k;显然r>=0,  r%d=((a%d)-(b*k)%d)%d,因为a%d=b%d=0,所以r%d=0;

因此求gcd(a,b)可以转移到求gcd(b,a%b),那么这就是个递归过程了,那什么时候递归结束呢,想一下,a,b不能为零,则可以把当b为零,作为递归的结束(当然还可以以其它结束条件),这就是求最大公约数的方法可以以其它结束条件),这就是求最大公约数的方法。

欧几里得递归版:

int gcd(int a,int b)
{
    if(b==0) return a;
    else return gcd(b,a%b);
}
非递归版:

int gcd(int a,int b)//euclid
{
    int r;
    while(b!=0)
    {
        r=a%b;
        a=b;
        b=r;
    }
    return a;
}

Stein算法

欧几里德算法是计算两个数最大公约数的传统算法,他无论从理论还是从效率上都是很好的。但是他有一个致命的缺陷,这个缺陷只有在大素数时才会显现出来。
硬件平台,一般整数最多也就是64位,对于这样的整数,计算两个数之间的模是很简单的。对于字长为32位的平台,计算两个不超过32位的整数的模,只需要一个指令周期,而计算64位以下的整数模,也不过几个周期而已。但是对于更大的素数,这样的计算过程就不得不由用户来设计,为了计算两个超过 64位的整数的模,用户也许不得不采用类似于多位数除法手算过程中的试商法,这个过程不但复杂,而且消耗了很多CPU时间。对于现代密码算法,要求计算 128位以上的素数的情况比比皆是,设计这样的程序迫切希望能够抛弃除法和取模。
Stein算法由J. Stein于1961年提出,这个方法也是计算两个数的最大公约数。和欧几里德算法不同的是,Stein算法只有整数的移位和加减法,这对于程序设计者是一个福音。
为了说明Stein算法的正确性,首先必须注意到以下结论: 
gcd(a,a) = a,也就是一个数和他自身的公约数是其自身 
gcd(ka,kb) = k gcd(a,b),也就是最大公约数运算和倍乘运算可以交换,特殊的,当k=2时,说明两个偶数的最大公约数必然能被2整除 
当k不能整除b,gcd(ka,b)=gcd(a,b),也就是约掉两个数中只有其中一个含有的因子不影响最大公约数。特殊地,当k=2时,说明计算一个偶数和一个奇数的最大公约数时,可以先将偶数除以2。
算法步骤:
    1、如果A=0,B是最大公约数,算法结束
  2、如果B=0,A是最大公约数,算法结束
  3、设置A1=A、B1=B和C1=1
  4、如果An和Bn都是偶数,则An+1=An/2,Bn+1=Bn/2,Cn+1=Cn*2(注意,乘2只要把整数左移一位即可,除2只要把整数右移一位即可)
  5、如果An是偶数,Bn不是偶数,则An+1=An/2,Bn+1=Bn,Cn+1=Cn(很显然啦,2不是奇数的约数)
  6、如果Bn是偶数,An不是偶数,则Bn+1=Bn/2,An+1=An,Cn+1=Cn(很显然啦,2不是奇数的约数)
  7、如果An和Bn都不是偶数,则An+1=|An-Bn|/2,Bn+1=min(An,Bn),Cn+1=Cn
  8、n加1,转1

比较好理解吧,实现起来也比较简单,效率也不比员算法差;

下面是实现的代码:

#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <cmath>
#include <cstdlib>
#include <algorithm>
using namespace std;
int stein(int a,int b)
{
    if(a==0) return b;
    if(b==0) return a;
    if(a%2==0 && b%2==0) return 2*stein(a>>1,b>>1);
    else if(a%2==0)   return stein(a>>1,b);
    else if(b%2==0)   return stein(a,b>>1);
    else return stein(abs(a-b),min(a,b));
}
int main()
{
    int a,b;
    scanf("%d%d",&a,&b);
    printf("%d\n",stein(a,b));
}






最小公约数(欧几里得算法&&stein算法)

标签:算法   gcd   

原文地址:http://blog.csdn.net/whjkm/article/details/41050267

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