ACM数论-欧几里得与拓展欧几里得算法
欧几里德算法又称辗转相除法，用于计算两个整数a,b的最大公约数。
基本算法：设a=qb+r，其中a，b，q，r都是整数，则gcd(a,b)=gcd(b,r)，即gcd(a,b)=gcd(b,a%b)。
递归版算法：
1 int gcd(int a,int b) 2 { 3 if(b==0) 4 return a; 5 return 6 gcd(b,a%b); 7 }
递归优化版：
1 int gcd(int a,int b) 2 { 3 return b ? gcd(b,a%b) : a; 4 }
迭代版：
1 int Gcd(int a, int b) 2 { 3 while(b != 0) 4 { 5 int r = b; 6 b = a % b; 7 a = r; 8 } 9 return a; 10 }
扩展欧几里德算法
基本算法：对于不完全为 0 的非负整数 a，b，gcd（a，b）表示 a，b 的最大公约数，必然存在整数对 x，y ，使得 gcd（a，b）=ax+by。
证明：设 a>b。
1，显然当 b=0，gcd（a，b）=a。此时 x=1，y=0；
2，ab!=0 时
设 ax1+by1=gcd(a,b);
bx2+(a mod b)y2=gcd(b,a mod b);
根据朴素的欧几里德原理有 gcd(a,b)=gcd(b,a mod b);
则:ax1+by1=bx2+(a mod b)y2;
即:ax1+by1=bx2+(a-(a/b)*b)y2=ay2+bx2-(a/b)*by2;
根据恒等定理得：x1=y2; y1=x2-(a/b)*y2;
这样我们就得到了求解 x1,y1 的方法：x1，y1 的值基于 x2，y2.
上面的思想是以递归定义的，因为 gcd 不断的递归求解一定会有个时候 b=0，所以递归可以结束。
递归版算法：
1 int exgcd(int a,int b,int &x,int &y) 2 { 3 if(b==0) 4 { 5 x=1; 6 y=0; 7 return a; 8 } 9 int r=exgcd(b,a%b,x,y); 10 int t=x; 11 x=y; 12 y=t-a/b*y; 13 return r; 14 }
非递归版：
1 int exgcd(int m,int n,int &x,int &y) 2 { 3 int x1,y1,x0,y0; 4 x0=1; y0=0; 5 x1=0; y1=1; 6 x=0; y=1; 7 int r=m%n; 8 int q=(m-r)/n; 9 while(r) 10 { 11 x=x0-q*x1; y=y0-q*y1; 12 x0=x1; y0=y1; 13 x1=x; y1=y; 14 m=n; n=r; r=m%n; 15 q=(m-r)/n; 16 } 17 return n; 18 }
扩展欧几里德算法的应用主要有以下三方面：
（1）求解不定方程；
（2）求解模线性方程（线性同余方程）；
（3）求解模的逆元；
用扩展欧几里得算法解不定方程ax+by=c：
1 bool linear_equation(int a,int b,int c,int &x,int &y) 2 { 3 int d=exgcd(a,b,x,y); 4 if(c%d) 5 return false; 6 int k=c/d; 7 x*=k; y*=k; //求得的只是其中一组解 8 return true; 9 }
求出解之间的间隔，那么就可以求出模的线性方程的解集：
1 bool modular_linear_equation(int a,int b,int n) 2 { 3 int x,y,x0,i; 4 int d=exgcd(a,n,x,y); 5 if(b%d) 6 return false; 7 x0=x*(b/d)%n; //特解 8 for(i=1;i<d;i++) 9 printf("%d\n",(x0+i*(n/d))%n); 10 return true; 11 }
