【模板】最大公约数

原理:
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。 
gcd(a,b)=gcd(b,a mod b);

证明一:

证明:a可以表示成a = kb + r,则r = a mod b

假设d是a,b的一个公约数,则有

d|a, d|b,而r = a - kb,因此d|r

因此d是(b,a mod b)的公约数

假设d 是(b,a mod b)的公约数,则

d | b , d |r ,但是a = kb +r

因此d也是(a,b)的公约数

因此(a,b)和(b,a mod b)的公约数是一样的,其最大公约数也必然相等,得证。

证明二:

第一步:令c=gcd(a,b),则设a=mc,b=nc

第二步:可知r =a-kb=mc-knc=(m-kn)c

第三步:根据第二步结果可知c也是r的因数

第四步:可以断定m-kn与n互素【否则,可设m-kn=xd,n=yd,(d>1),则m=kn+xd=kyd+xd=(ky+x)d,则a=mc=(ky+x)dc,b=nc=ycd,故a与b最大公约数≥cd,而非c,与前面结论矛盾】

从而可知gcd(b,r)=c,继而gcd(a,b)=gcd(b,r),得证

知识点:a=mc,b=nc,如果m,n互质,则gcd(a,b)=c。

注意:两种方法是有区别的。

#include<iostream>
using namespace std;
int gcd(int a,int b)
{
	if(b==0) return a;
	else return gcd(b,a%b);
	//return b==0?a:gcd(b,a%b); 
}
int gcd2(int a,int b)
{
	while(b!=0)
	{
		int t=a%b;
		a=b;
		b=t;
	}
	return a;
}
int main(void)
{
	int m,n;
	while(cin>>m>>n)
	{
		cout<<gcd2(m,n)<<endl;
	}
	return 0;
}

 

<think>好的,我现在需要处理用户关于最大公约数算法代码模板的请求。首先,用户明确提到想找计算最大公约数的代码模板或算法示例,还引用了三个相关的参考资料。我的任务是按照用户提供的系统级指令来生成回答,同时确保符合所有格式要求,比如行内数学表达式用$...$,独立公式用$$...$$,正确使用中文,生成相关问题等。 首先,我需要回顾最大公约数(GCD)的基本概念。最大公约数是两个或多个整数共有约数中最大的一个。常用的算法有欧几里得算法更相减损术。用户提供的引用中提到了欧几里得算法,特别是引用[1][2]详细介绍了其原理Python实现,引用[3]则扩展到了数字序列的最大公约数。 接下来,我需要按照用户的要求,分步骤解释算法,并提供代码示例。根据系统指令,代码需要用Python展示,并且需要正确使用LaTeX格式的数学公式。例如,欧几里得算法的原理可以用数学表达式表示为$gcd(a, b) = gcd(b, a \mod b)$,当$b=0$时,$gcd(a, 0) = a$。这些公式需要用行内格式。 然后,我需要确保代码部分正确无误。用户提供的示例中有快速排序的Python代码,所以我应该以类似的方式展示GCD的代码。引用[1][2]中的代码可以作为参考,比如递归实现的欧几里得算法,以及更相减损术的实现。同时,用户可能需要多个方法的示例,比如递归、迭代,以及处理多个数字的情况,所以需要涵盖这些内容。 另外,用户要求生成相关问题,我需要根据内容提出三个相关的问题,例如性能分析、优化方法、应用场景等。这些问题需要与最大公约数的算法相关,比如优化欧几里得算法的方法,或者如何处理多个数的GCD。 在引用方面,用户提供的三个引用需要正确标注。例如,在提到欧几里得算法时,引用[1][2]可以作为来源,而提到数字序列的最大公约数时引用[3]。要确保引用的位置自然,比如在解释算法原理或代码示例后添加引用标识。 最后,检查所有格式是否符合要求:行内数学表达式是否正确使用$...$,独立公式是否单独成段并使用$$...$$,代码块是否用```python包裹,语言标记是否正确。同时,回答要使用中文,结构清晰,分步骤解释,确保真实可靠。 总结步骤: 1. 介绍最大公约数的定义常见算法。 2. 分点讲解欧几里得算法更相减损术,包括数学公式代码示例。 3. 提供多个数的GCD计算方法,并给出代码。 4. 生成相关问题,确保与内容相关。 5. 正确添加引用标识,引用用户提供的参考资料。 6. 检查格式,确保LaTeX正确,代码块正确,结构清晰。</think>### 最大公约数算法实现 #### 1. 算法原理 最大公约数(Greatest Common Divisor, GCD)定义为两个或多个整数共有约数中最大的一个。常用算法包括: - **欧几里得算法**:基于$gcd(a, b) = gcd(b, a \mod b)$的递归关系[^1][^2] - **更相减损术**:利用$gcd(a, b) = gcd(|a-b|, \min(a,b))$的递推性质 #### 2. 代码模板 **方法一:欧几里得算法(递归)** ```python def gcd(a, b): if b == 0: return a return gcd(b, a % b) ``` 时间复杂度为$O(\log(\min(a,b)))$,适合大数计算 **方法二:迭代优化** ```python def gcd_iterative(a, b): while b != 0: a, b = b, a % b return a ``` 避免递归栈溢出风险 **方法三:更相减损术** ```python def gcd_subtraction(a, b): if a == b: return a if a < b: a, b = b, a return gcd_subtraction(a - b, b) ``` 适合非取运算场景 **方法四:多数字的GCD** ```python def multi_gcd(numbers): from functools import reduce return reduce(gcd, numbers) ``` 例如:$gcd(24, 36, 60) = 12$[^3] #### 3. 示例计算 对于$a=252, b=105$: 1. 欧几里得算法过程: $$gcd(252,105) \rightarrow gcd(105,42) \rightarrow gcd(42,21) \rightarrow gcd(21,0)$$ 最终结果为$21$
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