最大公约数(gcd)和 最小公倍数(lcm)——辗转相除法

辗转相除法(又称欧几里得算法)是求最大公因数的算法

要求a,b的最大公约数(a>b),我们可以递归地求b,a%b的最大公约数,直到其中一个数变成0,这时另一个数就是a,b的最大公约数。

C++实现:

int gcd(int a,int b){

  retuen b?gcd(b,a%b):a;

}

或:

while(b!=0)  { 
  temp=a%b;   a=b;   b=temp;

}

证明:(引自百度百科)

设两数为a、b(b<a),用gcd(a,b)表示a,b的最大公约数,r=a (mod b) 为a除以b以后的余数,k为a除以b的商,即a÷b=k.......r。辗转相除法即是要证明gcd(a,b)=gcd(b,r)。
第一步:令c=gcd(a,b),则设a=mc,b=nc
第二步:根据前提可知r =a-kb=mc-knc=(m-kn)c
第三步:根据第二步结果可知c也是r的因数
第四步:可以断定m-kn与n互质【否则,可设m-kn=xd,n=yd (d>1),则m=kn+xd=kyd+xd=(ky+x)d,则a=mc=(ky+x)dc,b=nc=ycd,故a与b最大公约数成为cd,而非c,与前面结论矛盾】
从而可知gcd(b,r)=c,继而gcd(a,b)=gcd(b,r)。
证毕。
 
时间复杂度:
辗转相除法的运算速度为 O(n)
辗转相除法处理大数时非常高效,它需要的步骤不会超过较小数的位数(十进制下)的五倍。
 
最小公倍数lcm(a,b) = gcd(a,b) * (a/gcd(a,b)) * (b/gcd(a,b))
                          = a*b / gcd(a,b)
 
另外:a*b = gcd(a,b) * lcm(a,b)
 
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