【数学】扩展欧几里得算法
欧几里得算法:
辗转相除计算两个数的最大公约数,求gcd(a,b) 。
证明:
设
同样
可得
代码:
int gcd(int a, int b)
{
return b ? gcd(b, a % b) : a;
}
扩展欧几里得算法
存在整数对(x,y) 使得ax+by=gcd(a,b)
证明:
设
当
当
由于
将
得到
即
因此可以递归的定义
代码:
int extgcd(int a, int b, int &x, int &y)
{
int d = a;
if(b != 0) {
d = extgcd(b, a % b, y, x);
y -= (a/b) * x;
}else {
x = 1, y = 0;
}
return d;
}
应用:
求解不定方程:
若c%gcd(a,b)=0 ,则存在整数对(x,y), 使得a∗x+b∗y=c
通过上面的方法可得到一组特解
证明:
首先
即
通解为
在所有解中最小的正整数为
所以对于方程
注意:若b为负数,需将b转换为正数。
代码:
int cal(int a, int b, int c)
{
int x, y;
int gcd = extgcd(a, b, x, y);
if(c % gcd != 0) return -1;
x *= c/gcd;
b /= gcd;
if(b < 0) b = -b;
int ans = x % b;
if(ans <= 0) ans += b;
return ans;
}
同余方程:
根据上面的内容,我们可以得到:
a∗x≡b(modn) ,转化为a∗x+n∗y=b ,当b%gcd(a,n)=0 时,方程有gcd(a,n) 个解。a∗x≡1(modn) ,如果gcd(a,n)=1 ,则方程有唯一解。