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欧几里得 扩展欧几里得

热度:7   发布时间:2024-01-09 11:53:39.0
欧几里得  扩展欧几里得

时间复杂度T(n)O(log2n);

空间复杂度S(n)O(n);

 

Advantages

1、    时间复杂度不高,和普通欧几里得一样;

2、    代码简洁,易于编写;

3、    适用于数学问题求解;

Disadvantages

1、    代码难以理解,需要学会数学公式的推理;

2、    用途不广,适用范围较小;

 

注意:

1、    适用于ax + by = gcd(a, b)的方程求解;

2、    一般化为ax + by = 1,也就是将ab除以最小公约数;

3、    计算过程中,若要交换两数,则最后需进行判断哪个是答案;

4、    若求取得是ax + by = gcd(a, b) *k, 最后的答案也要乘k

 

算法实现:

1)    普通欧几里得

gcd(a, b) = gcd(b, a % b), 不断迭代,直到b = 0a就是最大公约数

2)    拓展欧几里得

ax + bx = gcd(a, b) = gcd(b, a % b), 不断迭代,直到b = 0x = 1, y = 0;

 

普通欧几里得:

适用题型:

求两个数a,b的最大公约数gcd(a,b)

输入:ab两个整数

输出:ab的最大公约数

 

Source

long long gcd(long long a, long long b) {return b ? gcd(b, a % b) : a;
} 

拓展欧几里得:

适用题型:

青蛙的约会【扩展欧几里得,浙江省选2002

题目背景

POJ1061

ZJOI2002

TJOI2002

 

题目描述

两只青蛙在网上相识了,它们聊得很开心,于是觉得很有必要见一面。它们很高兴地发现它们住在同一条纬度线上,于是它们约定各自朝西跳,直到碰面为止。可是它们出发之前忘记了一件很重要的事情,既没有问清楚对方的特征,也没有约定见面的具体位置。不过青蛙们都是很乐观的,它们觉得只要一直朝着某个方向跳下去,总能碰到对方的。但是除非这两只青蛙在同一时间跳到同一点上,不然是永远都不可能碰面的。为了帮助这两只乐观的青蛙,你被要求写一个程序来判断这两只青蛙是否能够碰面,会在什么时候碰面。

 

我们把这两只青蛙分别叫做青蛙 A 和青蛙 B,并且规定纬度线上东经 0 度处为原点,由东往西为正方向,单位长度 1 米,这样我们就得到了一条首尾相接的数轴。设青蛙 A 的出发点坐标是 x,青蛙 B 的出发点坐标是 y。青蛙 A 一次能跳 m 米,青蛙 B 一次能跳 n 米,两只青蛙跳一次所花费的时间相同。纬度线总长 L 米。现在要你求出它们跳了几次以后才会碰面。

 

输入格式

输入有多组数据,每组输入数据只包括一行 5 个整数 xymnL

其中 x≠y2,000,000,0000m,n2,000,000,0000L2,100,000,000 

 

输出格式

对每组数据,输出一行,为一个整数,即碰面所需要的跳跃次数,如果永远不可能碰面则输出一行“Impossible” 

样例数据 1

输入 

1 2 3 4 5

输出

4

Source:

/*created by scarlyw
*/
#include <cstdio>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <cmath>
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <cctype>inline char read() {static const int IN_LEN = 1024 * 1024;static char buf[IN_LEN], *s, *t;if (s == t) {t = (s = buf) + fread(buf, 1, IN_LEN, stdin);if (s == t) return -1;}return *s++;
}template<class T>
inline void R(T &x) {static char c;static bool iosig;for (c = read(), iosig = false; !isdigit(c); c = read()) {if (c == -1) return;if (c == '-') iosig = true;}for (x = 0; isdigit(c); c = read())x = ((x << 2) + x << 1) + (c ^ '0');if (iosig) x = -x;
}const int OUT_LEN = 1024 * 1024;
char obuf[OUT_LEN], *oh = obuf;
inline void write_char(char c) {if (oh == obuf + OUT_LEN) fwrite(obuf, 1, OUT_LEN, stdout), oh = obuf;*oh++ = c;
}template<class T>
inline void W(T x) {static int buf[30], cnt;if (x == 0) write_char('0');else { if (x < 0) write_char('-'), x = -x;for (cnt = 0; x; x /= 10) buf[++cnt] = x % 10 + 48;while (cnt) write_char(buf[cnt--]);}
}inline void flush() { fwrite(obuf, 1, oh - obuf, stdout); }long long x, y, m, n, l, t, a, b, c;long long gcd(long long a, long long b) {return b ? gcd(b, a % b) : a;
} inline void ext_gcd(long long a, long long b, long long &x, long long &y) {b ? (ext_gcd(b, a % b, y, x), y -= a / b * x) : (x = 1, y = 0); 
}int main() {R(x), R(y), R(m), R(n), R(l);a = m - n, b = l, c = y - x, t = gcd(a, b);if (c % t) std::cout << "Impossible", exit(0);a /= t, b /= t, c /= t, ext_gcd(a, b, x, y); if (b < 0) b = -b;x *= c, std::cout << (x % b + b) % b;return 0;
}


算法分析:

此题其实就是扩展欧几里德算法——求解不定方程,线性同余方程。

设跳跃s步后两青蛙相遇, (x+ m * s)为原坐标为x的青蛙在相遇处的坐标值;(y +n * s) 为原坐标为y的青蛙在相遇处的坐标值。两个青蛙如果在第一圈相遇,相遇处坐标相同,则坐标差为0;如果在第二圈相遇,则相遇坐标差为2 * L……,所以相遇处坐标差为k * L(k= 0, 1, 2....)
则必满足以下等式:
(x + m * s) - (y + n * s) = k * L (k = 0, 1, 2....)
稍微变一下形得:
(n - m) * s + k * L = x - y
a = n- m, b = L, c = x - y, 
a * s + b * k = c 
只要上式存在关于sk的整数解,则两青蛙能相遇,否则不能。所以,c一定是gcd(a ,b)的倍数;看到这里就很容易想到扩展欧几里得。

算法实现:

1)    推出公式:(n - m) * s + k * L =x - y

2)    将公式简化为a * s + b * k = c; 求出gcd(a, b) = t,若c % t == 0则可进行下一步计算,否则不可能实现。

3)    a, b, c分别除以t,得到a0 * s + b0 * k = c0;(a0 = a / t; b0 = b / t; c0 = c / t)因为此时的a0, b0最大公约数一定为1;所以可以求出a0 *s0 + b0 * k0 = 1的整数解s0, y0s = s0* c0 = s0 * c / t; k = k0 * c0 = k0 * c / t; 从而求出需要的解s

4)    因为最后的s一定是大于0且小于l的值,所以最后通过 (s % l + l)% l 保证取值范围;