扩展欧几里得算法 推导 + 代码

本文详细介绍了如何利用欧几里得算法求解线性方程ax+by=c的整数解,包括特解的推导、递归过程以及如何通过常数调整得到通解。重点在于展示如何通过gcd函数和取模运算找到特定形式的解,并扩展到任意整数解的求法。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

  1. 目的
    求解ax + by = c 的整数解

  2. 推导过程
      先求解方程a∗x+b∗y=gcd(a,b)a*x+b*y=gcd(a,b)ax+by=gcd(a,b)的一组特解 a∗x1+b∗y1=gcd(a,b)            (1)b∗x2+(a%b)∗y2=gcd(b,a%b)       (2)\qquad a*x_1+b*y_1=gcd(a,b) \qquad\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (1)\\\qquad b*x_2+(a\%b)*y_2=gcd(b,a\%b)\ \ \ \ \ \ \ (2)ax1+by1=gcd(a,b)            (1)bx2+(a%b)y2=gcd(b,a%b)       (2)  我们对公式(2)根据a%b=a−⌊ab⌋∗ba\%b = a - \lfloor\frac{a}{b}\rfloor*ba%b=abab做展开得到a∗y2+b∗(x2−⌊ab⌋∗y2)=gcd(b,a%b)   (3)a*y_2 + b *(x_2 - \lfloor\frac{a}{b}\rfloor * y_2) = gcd(b,a\%b) \ \ \ (3)ay2+b(x2bay2)=gcd(b,a%b)   (3)  根据欧几里得算法gcd(a,b)==gcd(b,a%b)gcd(a,b)==gcd(b,a\%b)gcd(a,b)==gcd(b,a%b)对方程(1),(2)进行合并可得x1=y2,y1=x2−⌊ab⌋∗y2                           (4)x_1=y_2,y_1=x_2-\lfloor\frac{a}{b}\rfloor*y_2\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (4)x1=y2,y1=x2bay2                           (4)  如此反复进入递归k - 1次,边界为bk=0,gcd(ak,0)=akb_k = 0, gcd(a_k, 0) = a_kbk=0,gcd(ak,0)=ak边界方程为ak∗xk=aka_k * x_k = a_kakxk=ak得到一特解xk=1,yk=0x_k = 1, y_k = 0xk=1,yk=0  根据方程(4)我们可以在回溯过程中求出一组特解x1,y1x_1,y_1x1,y1

//这里为什么要加&取值符,因为在递归调用中,父函数依赖于子函数的解(x,y)
//但是子函数不方便直接return给父函数解(当然也可以借助结构体,较为麻烦)
//所以直接借助&取值符,这样子函数中的x1,y1本质就是父函数中的x2,y2(因为传入的是地址,子函数与父函数公用,不产生新的复制参数)
//这样子函数x1,y1有解了,父函数中x2,y2也有值了(本来就是同一对变量)
int exgcd(int a,int b,int &x1,int &y1)
{
	if(!b)
	{
		x1=1,y1=0;
		return a;
	}
	int x2,y2;
	int d = exgcd(b,a%b,x2,y2);
	x1=y2,y1=x2-(a/b)*y2;
	return d;
}
  1. 求通解
      方程a∗x+b∗y=gcd(a,b)a*x+b*y=gcd(a,b)ax+by=gcd(a,b)中,我们对特解xxx加上常数k1k_1k1,对特解y1y_1y1加上常数k2k_2k2,若果k1k_1k1k2k_2k2造成的影响相互抵消,那么x+k1,y+k2x + k_1,y + k_2x+k1y+k2就是一组新的解
      我们对方程(x+k1)∗a+(y+k2)∗b=gcd(a,b)(x + k_1)*a+(y + k_2)*b=gcd(a,b)(x+k1)a+(y+k2)b=gcd(a,b)做展开
    a∗x+b∗y+k1∗a+k2∗b=gcd(a,b)     (5)a*x+b*y + k_1*a + k_2*b=gcd(a,b)\ \ \ \ \ (5)ax+by+k1a+k2b=gcd(a,b)     (5)  易知只要满足k1∗a=k2∗b=t∗lcm(a,b)k_1*a = k_2*b = t*lcm(a, b)k1a=k2b=tlcm(a,b)  t为整数, 方程(5)就会成立
    k1=t∗lcm(a,b)/a=t∗b/gcd(a,b)k_1 = t * lcm(a, b) / a = t * b / gcd(a, b)k1=tlcm(a,b)/a=tb/gcd(a,b) k2=t∗lcm(a,b)/a=t∗a/gcd(a,b)k_2 = t * lcm(a, b) / a = t * a / gcd(a, b)k2=tlcm(a,b)/a=ta/gcd(a,b)  即可得到任意整数解(x+k1,y+k2)(x + k_1, y + k_2)(x+k1,y+k2)
      回到方程ax + by = c,有整数解的前提为gcd(a,b)∗q==cgcd(a,b) * q == cgcd(a,b)q==c,即为c%gcd(a,b)==0c \% gcd(a, b) == 0c%gcd(a,b)==0
    解集为a∗x+b∗y=gcd(a,b)a*x+b*y=gcd(a,b)ax+by=gcd(a,b)的解集 ∗c/gcd(a,b)* c / gcd(a, b)c/gcd(a,b)
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值