求最大公约数-欧几里得算法(辗转相除法)

首先,我们得明确最大公约数是什么。

假设有两个整数 aa 和 bb,它们的公约数 就是能够同时整除 aa 和 bb 的整数。换句话说,就是那些既能整除 aa,又能整除 bb 的数。我们找到所有这样的数,然后从中选出最大的那个,就是它们的最大公约数。

举个例子

比如,我们有两个数:18 和 24。

  • 18 的约数有:1, 2, 3, 6, 9, 18

  • 24 的约数有:1, 2, 3, 4, 6, 8, 12, 24

它们的公约数就是:1, 2, 3, 6,最大公约数就是 6。

要找最大公约数,有一种非常高效的方法叫做辗转相除法 ,它也叫做欧几里得算法。它的核心思想是:通过一系列的除法操作,不断缩小问题的规模,最终能够求出最大公约数。

辗转相除法的基本思想:

  1. 假设我们有两个数 aa 和 bb,我们希望找它们的最大公约数(GCD)。

  2. 计算 a÷ba÷b 的余数 rr,即: r=a%br=a%b

  3. 然后把 bb 和余数 rr 作为新的两个数,再重复上面的步骤:求新的余数,直到余数为零。

  4. 当余数为零时,最后一个非零的余数就是 aa 和 bb 的最大公约数。

证明辗转相除法的正确性

辗转相除法为什么能有效求出最大公约数呢?这其实跟数学中的贝祖定理(Bézout's identity)有关系。

贝祖定理说的是:对于任意的两个整数 aa 和 bb,它们的最大公约数 gcd(a,b)gcd(a,b) 可以表示成:gcd(a,b)=a×x+b×ygcd(a,b)=a×x+b×y其中 xx 和 yy 是整数。

通过辗转相除法,不断地把 aa 和 bb 进行除法操作,实际上是在逐步逼近这个最大公约数,最终通过一系列的余数关系得出最大公约数。

在每一步的除法过程中,剩下的余数总是保持与原来两个数的公约数相同,只不过逐渐缩小了范围,所以我们可以通过这种方法最终求出最大公约数。

复制代码
int gcd(int a, int b) {
  if (b == 0) return a;
  else return gcd(b, a % b);
}
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