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欧几里得算法实现、正确性证明及时间复杂度分析

时间:2015-08-11 10:00:37      阅读:129      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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求最大公约数的最常用的算法是欧几里得算法,也称为辗转相除法。
问题定义为求i和j的最大公约数gcd(i,j),其中i和j是整数,不妨设i>j。
算法可以递归的表示:

1.如果j能整除i,那么gcd(i,j)=j;
2.j不能整除i,令r=i%j,那么gcd(i,j)=gcd(j,r).

  上面的算法对于i<j的情况也是可以的,实际上是做了一次交换。


 

使用C语言实现:

int gcd(int i, int j)
{
    int r = i % j;
    return r == 0 ? j : gcd(j, r);
} 

  


算法正确性分析:

下面一步一步的切入

在证明之前先看一个说明:

对于两个数i=md,j=nd.

i、j的最大公约数是d的充要条件是:m和n互质。


 

再看另一个说明:

如果m和n互质,那么(m-kn)和n也互质。

这个可以用反正法:

假设(m-kn)和n不互质,那么存在一个因子e,使得(m-kn)=en。

那么m=(k+e)n,这与m、n互质的题目条件违背,所以假设不成立。

则(m-kn)和n也互质。


 

算法的步骤1,显然是成立的,因为这就是最大公约数的定义。

算法的步骤2:

其实算法证明的目标是r=i%j != 0时,gcd(i,j)=gcd(j,r)。

根据已知条件,设d是i、j的最大公约数,则

i=md,j=nd,其中m、n是互质的。(如果m、n不互质,d就不是最大公约数)

 

算法的步骤1,显然成立(最大公约数定义).关键是要证明步骤2.
设d是i和j的最大公约数,
那么i=md,j=nd,m和n互质(否则d不是最大公约数).
由r=i%j可以得到i=kj+r,k=⌊m/n⌋,k≥1(我们前面假设过i>j).
把i=md,j=nd代入得到
md=knd+r
那么
r=(m-kn)d
m-kn和m也是互质的.
所以得到d是j和r的最大公约数.

  

 

欧几里得算法实现、正确性证明及时间复杂度分析

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原文地址:http://www.cnblogs.com/stemon/p/4720013.html

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