解同余方程

本文介绍了一个使用C++编写的程序,用于解决形如ax≡b(modm)的同余方程。程序首先计算a和m的最大公约数,并据此判断方程是否有解。若有解,则进一步找出所有可能的解。
#include <iostream>

using namespace std;

int max_gongyue(int num1,int num2)
{
    int temp,m,n;
    if(num1<num2)
    {
        temp=num1;
        num1=num2;
        num2=temp;
    }

    m=num1;
    n=num2;
    while(m%n)
    {
        temp=m;
        m=n;
        n=temp-n*(temp/n);
    }
    return n;
}
int main()
{
    cout<<"解方程ax≡b(mod m)"<<endl;
    cout<<"请输入 a,b,m"<<endl;
    int a,b,m;
    int d;
    int i;
    while(cin>>a>>b>>m)
    {
        //求(a,m)=d
        d=max_gongyue(a,m);
        //判断方程是否有解
        if(b%d)
        {
            cout<<"该方程无解"<<endl;
        }
        else
        {
            cout<<"有"<<d<<"个解为x≡ ";
            for(i=0;i<m;i++)
            {
                if(a*i%m==(b%m))
                {
                    cout<<i<<",";
                }
            }
            cout<<"\b";
            cout<<"(mod"<<m<<")"<<endl;
        }
    }

    return 0;
}

扩展欧几里得算法可用于求解同余方程 \(ax \equiv b \pmod{m}\),以下是具体方法及原理: ### 原理 同余方程 \(ax \equiv b \pmod{m}\) 等价于存在整数 \(y\),使得 \(ax - b = my\),即 \(ax + my = b\)。因此,求解同余方程 \(ax \equiv b \pmod{m}\) 就转化为求解线性不定方程 \(ax + my = b\) 的整数 \(x\) 和 \(y\)。 ### 步骤 1. **使用扩展欧几里得算法求解 \(ax + my = \gcd(a, m)\) 的一组特 \(x_0\) 和 \(y_0\)** 扩展欧几里得算法是在欧几里得算法的基础上,不仅求出 \(\gcd(a, m)\),还能求出满足 \(ax + my = \gcd(a, m)\) 的整数 \(x\) 和 \(y\)。以下是扩展欧几里得算法的代码实现: ```cpp #include <iostream> using namespace std; int exgcd(int a, int b, int &x, int &y) { if (!b) { x = 1, y = 0; return a; } int d = exgcd(b, a % b, y, x); y -= a / b * x; return d; } ``` 2. **判断方程是否有** 方程 \(ax + my = b\) 有的充要条件是 \(b\) 能被 \(\gcd(a, m)\) 整除,即 \(b \% \gcd(a, m) == 0\)。若不满足该条件,则方程无。 3. **求出 \(ax + my = b\) 的一组特** 若方程有,设 \(d = \gcd(a, m)\),则 \(ax + my = b\) 的一组特 \(x_1\) 和 \(y_1\) 可由 \(ax + my = d\) 的特 \(x_0\) 和 \(y_0\) 得到: \(x_1 = x_0 \times \frac{b}{d}\) \(y_1 = y_0 \times \frac{b}{d}\) 4. **求出同余方程的最小非负整数** 同余方程 \(ax \equiv b \pmod{m}\) 的通为 \(x = x_1 + k \times \frac{m}{d}\)(\(k\) 为整数)。为得到最小非负整数,可对 \(x_1\) 进行如下处理: \(x = (x_1 \% \frac{m}{d} + \frac{m}{d}) \% \frac{m}{d}\) ### 完整代码示例 ```cpp #include <iostream> using namespace std; // 扩展欧几里得算法 int exgcd(int a, int b, int &x, int &y) { if (!b) { x = 1, y = 0; return a; } int d = exgcd(b, a % b, y, x); y -= a / b * x; return d; } // 求解同余方程 ax ≡ b (mod m) int solveCongruence(int a, int b, int m) { int x, y; int d = exgcd(a, m, x, y); if (b % d != 0) { return -1; // 无 } int k = b / d; x *= k; m /= d; x = (x % m + m) % m; return x; } int main() { int a, b, m; cin >> a >> b >> m; int result = solveCongruence(a, b, m); if (result == -1) { cout << "无" << endl; } else { cout << "最小非负整数为: " << result << endl; } return 0; } ``` ### 复杂度分析 - **时间复杂度**:扩展欧几里得算法的时间复杂度与欧几里得算法相同,为 \(O(\log \min(a, m))\)。 - **空间复杂度**:主要为递归调用栈的空间,空间复杂度为 \(O(\log \min(a, m))\)。
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