第四章函数--函数初体验项目1求四数的最大公约数

本文介绍了一种通过函数组织程序的方法,实现了输入四个整数并求解它们的最大公约数的功能。采用辗转相除法计算两个数的最大公约数,进而求出四个数的最大公约数。
上机内容:输入四个数,并求出其最大公约数 
上机目的:学会利用函数组织程序
我的程序:
/*  
* 程序的版权和版本声明部分:  
* Copyright (c) 2013, 青岛农业大学理信学院  
* All rights reserved.  
* 文件名称:求四个数的最大公约数.cpp  
* 作    者:幻影行者  
* 完成日期:2013 年 8 月 1 日  
* 版 本 号:v1.0  
* 对任务及求解方法的描述部分: 
* 输入描述:略  
* 问题描述:输入四个数,并求出其最大公约数 
* 程序输出:略  
* 问题分析:求两个数的最大公约数的方法为辗转相除法,用函数具体实现。
*           首先将四个数分成两组,分别求前两个数的最大公约数a和后两个数的最大公约数b,将得到的两个数a和b再最大公约数。
*           具体是:先定义一个求两个数的最大公约数的函数f1,再调用f1来定义一个求四个数的最大公约数的函数f2,调用f2即得所求
* 算法设计:略  
*/
#include<iostream>
using namespace std;    
int gcd(int,int);     //(1)函数声明部分,进行函数声明时可以只给出参数类型
int gcd4(int,int,int,int);

int main()   //主函数部分
{
    int x1,x2,x3,x4;
	cout<<"请输入四个整数: "<<endl;
	cin>>x1>>x2>>x3>>x4;
	cout<<"这四个整数最大公约数为:";
	cout<<gcd4(x1,x2,x3,x4)<<endl;  //(2)函数gcd4()的调用
	return 0;
}

int gcd(int x,int y)  //(3)函数定义部分:先定义一个求两个数的最大公约数的函数gcd(),利用辗转相除法
{
	if(x<y)         //保证用较大的数除以较小的数
	{
		int t=x;
		    x=y;
			y=t;
	}
	while(y>0)   
	{
        int r=x%y;    //大数除以小数取余
		x=y;          //将上一轮的小数作为本轮的大数,而将所得余数作为本轮的小数,依次类推,直到小数为0
		y=r;          
	}
	return x;         //小数不大于0时对应的大数即为最大公约数
}
int gcd4(int m,int n,int p,int q)  //函数定义部分:再调用gcd()来定义一个求四个数的最大公约数的函数gcd4()
{
	int gcd1=gcd(m,n);   //分别求前两个数和后两个数的的最大公约数
	int gcd2=gcd(p,q);
	return gcd(gcd1,gcd2); //将得到的两个数再求最大公约数
}

运行结果:

心得体会:
       1.总体模块分布:先进行函数声明,再在主main()函数中调用函数,最后定义函数.函数声明是可以只给出函数的参数
       2.求两个数的最大公约数使用辗转相除法:
       (1)用较大除以较小的数(一定保证用较大的数除以较小的数,不满足条件是用交换)
       (2)大数除以小数取余
       (3)将上一轮的小数作为本轮的大数,而将所得余数作为本轮的小数,依次类推,直到小数为0
       (4)小数不大于0时对应的大数即为最大公约数
       3.利用函数组织程序,能使程序模块化,从而便于修改和调用,增加了程序的可维护性和可读性
<think>根据用户需,我们将使用辗转相除法(欧几里得算法)实现最大公约数(GCD)的计算函数,并编写一个完整的程序,包括用户输入验证和结果输出。###算法原理辗转相除法基于以下数学原理:两个正整数$a$和$b$($a>b$)的最大公约数等于$b$和$a\modb$的最大公约数。重复此过程直到余数为0,此时的除数即为最大公约数。数学表达为:$$\gcd(a,b)=\gcd(b,a\modb)$$###实现步骤1.**定义函数`gcd(m,n)`**:使用循环实现辗转相除法。2.**用户输入验证**:确保输入的是两个正整数。3.**调用函数并输出结果**:计算并打印最大公约数。###代码实现```pythondefgcd(m,n):"""使用辗转相除法计算两个正整数的最大公约数"""whilen!=0:m,n=n,m%nreturnm#用户输入与验证try:m=int(input("请输入第一个正整数:"))n=int(input("请输入第二个正整数:"))ifm<=0orn<=0:print("请输入正整数!")else:result=gcd(m,n)print(f"{m}和{n}的最大公约数是{result}")exceptValueError:print("输入无效,请输入整数!")```###代码说明1.**辗转相除法函数**:-循环条件:当余数`n`不为0时,重复计算。-变量更新:将`n`赋值给`m`,将`m%n`赋值给`n`。-返回值:当`n`为0时,`m`即为最大公约数。2.**用户输入验证**:-使用`try-except`捕获非整数输入。-检查输入是否为正整数,否则提示重新输入。###示例运行```请输入第一个正整数:60请输入第二个正整数:4860和48的最大公约数12```###复杂度分析-时间复杂度:$O(\log(\min(m,n)))$,因为每次迭代至少使问题规模减小一半[^1]。-空间复杂度:$O(1)$,仅使用常数空间。###相关数学性质-最小公倍数(LCM)可通过最大公约数计算:$\text{LCM}(a,b)=\frac{|a\timesb|}{\gcd(a,b)}$[^2]。§§相关问题§§1.如何计算多个数最大公约数?2.辗转相除法的时间复杂度是如何推导的?3.如何使用递归实现辗转相除法?4.最大公约数有哪些实际应用场景?</think>### Python实现最大公约数算法(辗转相除法)及输入验证 我将为您实现一个完整的程序,包含辗转相除法函数和严格的用户输入验证机制。 #### 1. 辗转相除法实现 **数学原理**: 对于两个正整数 $a$ 和 $b$($a > b$),其最大公约数满足: $$\gcd(a, b) = \gcd(b, a \mod b)$$ 该过程递归执行,直到余数为0,此时除数即为最大公约数[^1]。 **Python实现**: ```python def gcd(m, n): """ 使用辗转相除法计算最大公约数 参数: m (int): 第一个正整数 n (int): 第二个正整数 返回: int: 最大公约数 """ while n != 0: m, n = n, m % n # 核心迭代步骤 return m ``` #### 2. 完整程序(含输入验证) ```python def gcd(m, n): """辗转相除法实现""" while n != 0: m, n = n, m % n return m def get_positive_integer(prompt): """获取并验证正整数输入""" while True: try: value = int(input(prompt)) if value <= 0: print("请输入正整数!") continue return value except ValueError: print("输入无效,请输入整数!") # 主程序 if __name__ == "__main__": print("=== 最大公约数计算器 ===") num1 = get_positive_integer("请输入第一个正整数: ") num2 = get_positive_integer("请输入第二个正整数: ") result = gcd(num1, num2) print(f"{num1}和{num2}的最大公约数是: {result}") # 附加功能:计算最小公倍数 lcm = abs(num1 * num2) // result print(f"{num1}和{num2}的最小公倍数是: {lcm}") ``` #### 3. 关键功能解析 1. **输入验证机制**: - 使用 `try-except` 捕获非整数输入 - 检查数值是否为正整数($>0$) - 循环提示直到获得有效输入 2. **核心算法流程**: ```mermaid graph TD A[输入m, n] --> B{n是否为0?} B ----> C[返回m] B ----> D[m, n = n, m%n] D --> B ``` 3. **附加功能**: - 最小公倍数计算:$\text{LCM}(a,b) = \frac{|a \times b|}{\gcd(a,b)}$ - 用户友好的输入提示和结果展示 #### 4. 示例运行 ``` === 最大公约数计算器 === 请输入第一个正整数: 48 请输入第二个正整数: 18 48和18的最大公约数是: 6 48和18的最小公倍数是: 144 ``` ``` === 最大公约数计算器 === 请输入第一个正整数: abc 输入无效,请输入整数! 请输入第一个正整数: -5 请输入正整数! 请输入第一个正整数: 56 请输入第二个正整数: 98 56和98的最大公约数是: 14 56和98的最小公倍数是: 392 ``` ### 算法分析 1. **时间复杂度**:$O(\log(\min(a, b)))$ - 每次迭代问题规模至少减半 2. **空间复杂度**:$O(1)$ - 仅需常数存储空间[^2] 3. **数学正确性**: - 基于数论定理:$\gcd(a,b) = \gcd(b, a - kb)$ - 特别适用于大整数计算[^3]
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