欧几里得算法

秒速五厘米 2022-10-01 13:46 215阅读 0赞

欧几里得算法中，计算 x, y 的最大公约数的方法是辗转相除，例如：

gcd (26, 15)

26 % 15 = 1 ... 11  
15 % 11 = 1 ... 4  
11 % 4 = 2 ... 3  
4 % 3 = 1 ... 1  
3 % 1 = 3 ... 0

可知，gcd (26, 15) = 1

如果 gcd(x, y) = r，那么有 ax + by = r，可以看出，上面的步骤实际上是可以直接得出 a, b 的：

26 % 15 = 1 ... 11 => 11 = 26 - 15 1 1 -1  
15 % 11 = 1 ... 4 => 4 = 15 - 11 = 15 - (26 - 15) = -26 + 2\*15 1 -1 2  
11 % 4 = 2 .. 3 => 3 = 11 - 4\*2 = (26 - 15) - (-26 + 15) \* 2 = 3\*26 - 5\*15 2 3 -5  
4 % 3 = 1 ... 1 => 1 = 4 - 3 = (-26 + 2\*15) - (3\*26 - 5\*15) = -4\*26 + 7\*15 1 -4 7  
3 % 1 = 3 ... 0

在每一轮，我们都可以得到一个模的表达式为：ri = aix + biy  
如果不考虑第一轮和第二轮，那么ai 和 bi 可以表示为(qi 为每一轮得到的商)：

ai = ai-2 - qi \* ai-1  
bi = bi-2 - qi \* bi-1

现在来考虑第一轮和第二轮，按照上面的公式，可以认为

a-1 = 1, b-1 = 0  
a0 = 0, b0 = 1

有了这两对预设值，上面的两个公式就成立了

求逆元，由上面可以看出，gcd(x, y) = 1 的时候  
如果 ax + by = 1，那么 ax = -by + 1 => ax = 1 (mod b)  
这时候，a 即是 x 的逆元  
int gcd (int x, int y, int \*a1, int \*a2, int \*b1, int \*b2)  
\{  
int q, r, a, b;  
q = x / y;  
r = x % y;  
a = \*a2 - q\*(\*a1);  
b = \*b2 - q\*(\*b1);  
if (0 == r) \{  
return y;  
\}  
\*a2 = \*a1;  
\*b2 = \*b1;

\*a1 = a;  
\*b1 = b;  
return gcd (y, r, a1, a2, b1, b2);  
\}

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