java求最大公约数(分解质因数)

本文介绍了使用Java编程语言实现的最大公约数计算方法,包括欧几里得算法、连续整数检测法、辗转相减法及分解质因数法,并通过实例展示了每种方法的执行效率。

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以下是四种用java语言编程实现的求最大公约数的方法:

package gcd;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class gcd {
	public static void main(String[] args) {
		long startTime;
		long endTime;
		long durationTime;
		
		int[] testArray1 = new int[]{784, 988, 460, 732, 548, 998, 672, 1024, 888, 512};
		int[] testArray2 = new int[]{1024, 82, 92, 128, 58, 2014, 512, 88, 582, 788};
		
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			startTime = System.nanoTime();
			System.out.println("欧几里得方法:" + Euclid(testArray1[i],testArray2[i]));
			endTime = System.nanoTime();
			durationTime = endTime - startTime;
			System.out.println("欧几里得算法耗时:" + durationTime + "\n");
			
			startTime = System.nanoTime();
			System.out.println("连续整数检测法:" + consecutiveIntegersTest(testArray1[i], testArray2[i]));
			endTime = System.nanoTime();
			durationTime = endTime - startTime;
			System.out.println("连续整数检测算法耗时:" + durationTime + "\n");
			
			startTime = System.nanoTime();
			System.out.println("辗转相减法:" + consecutiveSubstract(testArray1[i], testArray2[i]));
			endTime = System.nanoTime();
			durationTime = endTime - startTime;
			System.out.println("辗转相减算法耗时:" + durationTime + "\n");
			
			startTime = System.nanoTime();
			System.out.println("分解质因数法:" + primeFactors(testArray1[i], testArray2[i]));
			endTime = System.nanoTime();
			durationTime = endTime - startTime;
			System.out.println("分解质因数算法耗时:" + durationTime);
		}
		
	}

	/**
	 * 欧几里得算法求最大公约数
	 * @param no1
	 * @param no2
	 * @return
	 */
	public static int Euclid(int no1, int no2) {
		int remainder;
		remainder = no1%no2;
		while(remainder != 0) {
			no1 = no2;
			no2 = remainder;
			remainder = no1%no2;
		}
		return no2;
	}
	
	/**
	 * 连续整数检测法
	 * @param m
	 * @param n
	 * @return
	 */
	public static int consecutiveIntegersTest(int m, int n) {
		int t;
		if (m > n) 
			t = n;
		else
			t = m;
		while(true) {
			if (m%t == 0 && n%t == 0)
				break;
			else
				t = t - 1;
		}
		return t;
	}
	
	/**
	 * 辗转相减法
	 * @param num1
	 * @param num2
	 * @return
	 */
	public static int consecutiveSubstract(int num1, int num2) {
		while(true) {
			if (num1 > num2)
				num1 -= num2;
			else if (num1 < num2)
				num2 -= num1;
			else
				return num1;
		}
	}
	
	/**
	 * 分解质因数法
	 * @param primeNum1
	 * @param primeNum2
	 * @return
	 */
	public static int primeFactors(int primeNum1, int primeNum2) {
		int prime_gcd = 1;
		int compareListSize;
		int temp1, temp2;
		int pn1 = primeNum1, pn2 = primeNum2;
		List<Integer> num1List = new ArrayList<Integer>();
		List<Integer> num2List = new ArrayList<Integer>();
		List<Integer> sameNumList = new ArrayList<Integer>();
		//求出质因数
		for (int i = 2; i < pn1/2;) {		//注意此处用的是pn1,而不是primeNum1,primeNum1的值在下面的执行过程会不断减小
			if (primeNum1%i == 0) {		//求余数,如果能被整除,返回true
				temp1 = primeNum1 / i;		//求商
				primeNum1 = temp1;		//将商赋值给primeNum1,重新判断余数是否为0
				num1List.add(i);		//将质因数放入num1List
			} else if (primeNum1%i != 0) {
				i = i + 1;		//如果余数不等于0,除数i加1,继续求余数
			}
		}
		
		for (int i = 2; i < pn2/2;) {
			if (primeNum2%i == 0) {
				temp2 = primeNum2 / i;
				primeNum2 = temp2;
				num2List.add(i);
			} else if (primeNum2%i != 0) {
				i = i + 1;
			}
		}
		int num1ListSize = num1List.size();
		int num2ListSize = num2List.size();
		if (num1ListSize < num2ListSize) {
			for (int i = 0; i < num1List.size();) {
				if (num2List.contains(num1List.get(i))) {
					prime_gcd *= num1List.get(i);
					num2List.remove(num2List.indexOf(num1List.get(i)));
					num1List.remove(i);
					if (num1List.size() == 0 || num2List.size() == 0)
						break;
				} else {
					i = i + 1;
				}
			}
		} else {
			for (int i = 0; i < num2List.size(); ) {
				if (num1List.contains(num2List.get(i))) {
					prime_gcd *= num2List.get(i);
					num1List.remove(num1List.indexOf(num2List.get(i)));
					num2List.remove(i);
					if (num1List.size() == 0 || num2List.size() == 0)
						break;
				} else {
					i = i + 1;
				}
			}
		}
		return prime_gcd;
	}
}

 


 

### Java 实现质因数分解最大公约数和最小公倍数 #### 质因数分解最大公约数 为了利用质因数分解计算两个整数的最大公约数,在Java中可以先编写一个方法用于获取某个正整数的所有质因子及其对应的幂次。之后对比两组质因子集合,对于共同拥有的每一个质因子取较小的那个幂次并乘起来即得到这两个数的最大公约数。 ```java import java.util.HashMap; import java.util.Map; public class GCDLCM { public static Map<Integer, Integer> primeFactors(int n) { var factors = new HashMap<Integer, Integer>(); for (int i = 2; i <= n / i; i++) { while (n % i == 0) { int count = factors.getOrDefault(i, 0); factors.put(i, ++count); n /= i; } } if (n > 1) { factors.put(n, 1); // 如果剩余部分大于1,则它本身是一个素数 } return factors; } public static int gcdByPrimeFactorization(Map<Integer, Integer> mapA, Map<Integer, Integer> mapB) { int result = 1; for (Map.Entry<Integer, Integer> entry : mapA.entrySet()) { int key = entry.getKey(); if (mapB.containsKey(key)) { result *= Math.pow(key, Math.min(entry.getValue(), mapB.get(key))); } } return result; } } ``` 上述代码定义了一个`primeFactors`函数用来返回给定数值的质因数映射表[^1]。接着实现了基于这些质因数映射表来计算GCD的方法`gcdByPrimeFactorization`。 #### 计算最小公倍数(LCM) 一旦有了最大公约数(GCD),就可以很容易地得出最小公倍数(LCM): \[ \text{LCM}(a,b)=\frac{|ab|}{\text{GCD}(a,b)} \] 这里提供完整的Java类实现: ```java public class GCDLCM { ... // 上述提到过的 primeFactors 方法以及 gcdByPrimeFactorization 方法 public static int lcm(int a, int b) { return Math.abs(a * b) / gcdByPrimeFactorization(primeFactors(Math.abs(a)), primeFactors(Math.abs(b))); } public static void main(String[] args) { int num1 = 12; int num2 = 18; System.out.println("最大公约数:" + gcdByPrimeFactorization(primeFactors(num1), primeFactors(num2))); // 输出: 最大公约数:6 System.out.println("最小公倍数:" + lcm(num1, num2)); // 输出: 最小公倍数:36 } } ``` 这段程序展示了如何使用之前定义好的辅助函数完成整个流程,并给出了具体的测试案例输出结果[^2]。
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