利用欧几里得算法求整系数一次不定方程ax+by=c的解

本文介绍了利用欧几里得算法来求解整系数一次不定方程ax+by=c的方法。通过无递归和递归两种方式详细阐述了算法的实现过程,并提供了相关代码示例。算法可以找到满足条件的整数解x和y。

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以下大部分来自《ACM/ICPC程序设计与分析》

已知:gcd(a,b) =gcd(b,a%b)

求整数a和b的最大公约数的欧几里得算法。作辗转相除如下:{\text{求整数a和b的最大公约数的欧几里得算法。作辗转相除如下:}} 求整数ab的最大公约数的欧几里得算法。作辗转相除如下:
gcd(a,b)对应a=bq0+r1(r1&lt;b){gcd(a,b)}\qquad \qquad {\text{对应}} \qquad \qquad a=bq_{0}+r_{1}\qquad (r_{1}&lt;b)gcd(a,b)对应a=bq0+r1(r1<b)
gcd(b,r1)对应b=r1q1+r2(r2&lt;r1) {gcd(b,r_1)}\qquad \qquad {\text{对应}} \qquad \qquad b=r_1q_{1}+r_{2}\qquad (r_{2}&lt;r_1)gcd(b,r1)对应b=r1q1+r2(r2<r1)
gcd(r1,r2)对应r1=r2q2+r3(r3&lt;r2) {gcd(r_1,r_2)}\qquad \qquad {\text{对应}} \qquad \qquad r_1=r_2q_{2}+r_{3}\qquad (r_{3}&lt;r_2)gcd(r1,r2)对应r1=r2q2+r3(r3<r2)
gcd(r2,r3)对应r2=r3q3+r4(r4&lt;r3) {gcd(r_2,r_3)}\qquad \qquad {\text{对应}} \qquad \qquad r_2=r_3q_{3}+r_{4}\qquad (r_{4}&lt;r_3)gcd(r2,r3)对应r2=r3q3+r4(r4<r3)

·
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&ThickSpace;&ThickSpace;gcd(rn−2,rn−1)对应rn−2=rn−1qn−1+rn&ThickSpace;(rn&lt;rn−1)\;\; {gcd(r_{n-2},r_{n-1})} \qquad {\text{对应}} \qquad r_{n-2}=r_{n-1}q_{n-1}+r_{n} \;(r_{n}&lt;r_{n-1})gcd(rn2,rn1)对应rn2=rn1qn1+rn(rn<rn1)
&ThickSpace;gcd(rn−1,rn)对应rn−1=rnqn+rn+1(rn+1=0)\; {gcd(r_{n-1},r_{n})}\qquad {\text{对应}} \qquad r_{n-1}=r_{n}q_{n}+r_{n+1}\qquad (r_{n+1}=0)gcd(rn1,rn)对应rn1=rnqn+rn+1(rn+1=0)
gcd(rn,rn+1)对应rn=rn+1qn+1+rn+2此时rn+1=0,return&ThickSpace;&ThickSpace;rn gcd(r_n,r_{n+1})\qquad {\text{对应}} \qquad r_n=r_{n+1}q_{n+1}+r_{n+2} 此时r_{n+1}=0,return \;\;r_ngcd(rn,rn+1)对应rn=rn+1qn+1+rn+2rn+1=0,returnrn
那么&ThickSpace;&ThickSpace;&ThickSpace;&ThickSpace;&ThickSpace;gcd(a,b)=rn{\text{那么}} \qquad \qquad \;\;\;\;\; gcd(a,b)= r_n那么

A: 这个问题是不定方程的非负组数,可以使用线性丢番图法(Diophantine Equation)进行。 具体步骤如下: 1. 首先,计算出axby的最大公约数g,如果c不是g的倍数,则说明方程无。 2. 如果g是c的倍数,那么我们可以将方程两边同时除以g,得到ax' + by' = c',其中x'和y'都是数。 3. 使用扩展欧几里得算法(Extended Euclidean Algorithm)计算出x'和y',得到一组特。同时,我们还需要计算出x'和y'构成的一个齐次线性方程ax'' + by'' = 0的通。 4. 最后,我们可以通过枚举x''和y''的非负,得到原方程的所有非负。 下面是Python代码实现: ```python def gcd(a, b): if b == 0: return a return gcd(b, a % b) def extended_gcd(a, b): if b == 0: return (1, 0, a) (x, y, g) = extended_gcd(b, a % b) return (y, x - (a // b) * y, g) def diophantine_equation(a, b, c): g = gcd(a, b) if c % g != 0: return "No solution" else: a, b, c = a//g, b//g, c//g (x, y, _) = extended_gcd(a, b) x, y = x * c, y * c return [(x + k * b, y - k * a) for k in range(g)] a, b, c = map(int, input().split()) solutions = diophantine_equation(a, b, c) if solutions == "No solution": print("No solution") else: print("Number of non-negative integer solutions:", len(solutions)) for sol in solutions: print("x =", sol[0], ", y =", sol[1]) ``` 该代码首先定义了gcd函数和扩展欧几里得算法函数extended_gcd,用于计算最大公约数和计算特和通。 然后定义了diophantine_equation函数,用于非负。该函数计算出最大公约数g,并判断c是否是g的倍数。如果不是,则返回"No solution";否则,计算出除以g后的新方程ax' + by' = c',并调用扩展欧几里得算法函数计算特x和y。最后,使用一个循环枚举所有非负,并返回结果。 最后,我们读入a, b, c三个参数,调用diophantine_equation函数,如果无则输出"No solution",否则输出非负的个数以及每个的x和y值。
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