求N个数的最小公倍数

原文地址:求N个数的最小公倍数 作者:zuopp0123
原文: http://projecteuler.net/thread=5
一道算法题:
2520 is the smallest number that can be divided by each of the numbers from 1 to 10 without any remainder.

What is the smallest positive number that is evenly divisible by all of the numbers from 1 to 20?

大概的意思就是要求1到20的最小公倍数。

一个可行的算法是先求最前面两个数的最小公倍数,再用这个数代替原数列中最前面的两个数,再算这一组数的最小公倍数,是一个递归的算法,递归的结束条件是数列的长度为1。


求两个数(a, b)的最小公倍数数的算法为:两个数相乘再除以他们的最大公约数


求两个数(a, b)的最大公约数的算法为:

假定a > b(如果a < b,可以交换a与b的值再运算)

  • 求a对b的余数,假定余数为r
  • 求b与r的最大公约数即为a,与b的最大公约数

上面的算法是基于以下假设:
  • b与r的公约数与是a与b的公约数
  • a与b的公约数不会超过r(可以用反证法证明)


python代码如下:
def gcd(a, b):
    r = a % b
    if r:
        return gcd(b, r)
    else:
        return b
#print gcd(13, 6)

def lcm(a, b):
    return a * b / gcd(a, b)
#print lcm(12, 6)

def lcmAll(seq):
    return reduce(lcm, seq)


#lis = [a for a in range(1, 11)]
#print lcmAll(lis)
                                   
 
运行代码可以得到正确的结果,哈哈
<think>好的,我现在需要帮助用户找到使用C++实现n个数的最大公因最小公倍数的方法。首先,我需要回忆相关的算法知识。最大公约(GCD)通常用辗转相除法,而最小公倍数(LCM)可以通过两个的乘积除以它们的GCD得到。但用户需要处理n个数,而不仅仅是两个,所以得考虑如何扩展这两个算法到多个数。 根据用户提供的引用内容,引用[2]提到要使用一个for循环遍历组,先计算前两个的GCD,然后用这个结果依次和后面的计算新的GCD。同样的方法适用于LCM,不过需要注意累积计算时的顺序和中间结果的处理。例如,假设有三个数a、b、c,可以先算gcd(a,b),再算gcd(gcd(a,b),c),以此类推。对于LCM,可能需要先计算lcm(a,b),然后用这个结果和c计算lcm(lcm(a,b),c)。 接下来,我需要确定具体的实现步骤。首先,用户需要用C++编写一个计算两个的GCD的函,这里可以用递归实现的欧几里得算法,或者非递归的辗转相除法。然后,对于n个数的情况,使用循环来逐个处理组中的每个元素,更新当前的GCD和LCM值。 需要注意的是,当处理多个数的LCM时,如果中间结果过大,可能会有溢出的风险,尤其是当的乘积超过据类型的最大值时。因此,在计算过程中应该先除以GCD,再相乘,这样可以减少中间值的大小,避免溢出。例如,计算a和b的LCM时,正确的顺序是(a / gcd(a,b)) * b,而不是(a * b) / gcd(a,b),因为后者可能先做乘法导致溢出。 另外,用户引用的资料中提到,基本要N个数的GCD和LCM,提高要是Hankson问题。但用户当前的问题集中在基本要上,所以可以暂时忽略Hankson问题,专注于实现多个数的GCD和LCM。 接下来,我需要考虑代码的结构。首先,用户需要输入n个数,存储到一个组或容器中。然后,初始化当前的gcd和lcm为组的第一个元素,之后从第二个元素开始遍历,逐个计算当前的gcd和lcm。对于gcd,每次取当前gcd和下一个元素的gcd;对于lcm,同样取当前lcm和下一个元素的lcm。 在实现过程中,还需要处理一些边界情况,比如组为空或者只有一个元素的情况。这时候,gcd和lcm就是该本身,或者需要根据问题返回特定值。此外,还要考虑输入的是否为零的情况,但根据学定义,零不能作为GCD的参,除非所有都是零,但这种情况可能需要在代码中进行处理,比如抛出异常或返回特定值。 现在,我需要将这些思考转化为具体的C++代码。首先,实现两个的gcd函,可以用递归或者循环。这里选择非递归的辗转相除法,避免栈溢出的风险。然后,实现两个的lcm函,注意处理可能的溢出问题。接下来,处理n个数组,逐个计算累积的gcd和lcm。 测试部分也是重要的,比如输入多个数,验证输出是否正确。例如,输入4个数12, 24, 36, 48,它们的gcd应该是12,lcm是48。或者输入不同的,比如5个数,确保计算正确。 最后,总结实现过程中的关键点,比如如何扩展两个的算法到多个数,如何处理溢出问题,以及可能的错误情况。用户可能需要这些信息来理解和调试他们的代码。</think>### C++实现n个数最大公因(GCD)和最小公倍数(LCM)的算法 #### 一、实现思路 1. **GCD计算**:使用辗转相除法(欧几里得算法) - 两个的GCD公式:$$gcd(a,b) = gcd(b, a \% b)$$ -个数的GCD通过迭代计算:$$gcd_n = gcd(gcd_{n-1}, a_n)$$ 2. **LCM计算**:基于GCD的扩展公式 - 两个的LCM公式:$$lcm(a,b) = \frac{|a \times b|}{gcd(a,b)}$$ -个数的LCM通过迭代计算:$$lcm_n = lcm(lcm_{n-1}, a_n)$$ #### 二、C++代码实现 ```cpp #include <iostream> #include <vector> #include <cmath> // 计算两个的最大公约 int gcd(int a, int b) { while (b != 0) { int temp = b; b = a % b; a = temp; } return abs(a); } // 计算两个最小公倍数 int lcm(int a, int b) { if (a == 0 || b == 0) return 0; return abs(a / gcd(a, b) * b); // 先除法避免溢出 } // 计算n个数的GCD和LCM std::pair<int, int> compute_gcd_lcm(const std::vector<int>& nums) { if (nums.empty()) return {0, 0}; // 处理空输入 int current_gcd = nums[0]; int current_lcm = nums[0]; for (size_t i = 1; i < nums.size(); ++i) { current_gcd = gcd(current_gcd, nums[i]); current_lcm = lcm(current_lcm, nums[i]); } return {current_gcd, current_lcm}; } int main() { int n; std::cout << "输入个数:"; std::cin >> n; std::vector<int> nums(n); std::cout << "输入" << n << "个数字:"; for (int i = 0; i < n; ++i) { std::cin >> nums[i]; } auto result = compute_gcd_lcm(nums); std::cout << "最大公约:" << result.first << std::endl; std::cout << "最小公倍数:" << result.second << std::endl; return 0; } ``` #### 三、关键点说明 1. **避免值溢出**:在LCM计算中采用`a / gcd(a,b) * b`的顺序,减少中间结果的值大小[^2] 2. **输入处理**:使用`std::vector`存储动态量的输入值 3. **零值处理**:当输入包含零时,LCM结果返回零(学定义中零不能参与公倍计算) #### 四、示例测试 输入: ``` 输入个数:4 输入4个数字:12 24 36 48 ``` 输出: ``` 最大公约12 最小公倍数:48 ```
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