轉(zhuǎn)載自??玻璃貓 程序員小灰

大四畢業(yè)前夕，計算機學院的小灰又一次頂著炎炎烈日，

去某IT公司面試研發(fā)工程師崗位……

半小時后，公司會議室，面試開始……

小灰奮筆疾書，五分鐘后……

小灰的思路十分簡單。他使用暴力枚舉的方法，試圖尋找到一個合適的整數(shù) i，看看這個整數(shù)能否被兩個整型參數(shù)numberA和numberB同時整除。

這個整數(shù) i 從2開始循環(huán)累加，一直累加到 numberA 和 numberB 中較小參數(shù)的一半為止。循環(huán)結(jié)束后，上一次尋找到的能夠被兩數(shù)整除的最大 i 值，就是兩數(shù)的最大公約數(shù)。

事后，垂頭喪氣的小灰去請教同系的學霸大黃……

輾轉(zhuǎn)相除法， 又名歐幾里得算法（Euclidean algorithm），目的是求出兩個正整數(shù)的最大公約數(shù)。它是已知最古老的算法， 其可追溯至公元前300年前。

這條算法基于一個定理：兩個正整數(shù)a和b（a>b），它們的最大公約數(shù)等于a除以b的余數(shù)c和b之間的最大公約數(shù)。比如10和25，25除以10商2余5，那么10和25的最大公約數(shù)，等同于10和5的最大公約數(shù)。

有了這條定理，求出最大公約數(shù)就簡單了。我們可以使用遞歸的方法來把問題逐步簡化。

首先，我們先計算出a除以b的余數(shù)c，把問題轉(zhuǎn)化成求出b和c的最大公約數(shù)；然后計算出b除以c的余數(shù)d，把問題轉(zhuǎn)化成求出c和d的最大公約數(shù)；再然后計算出c除以d的余數(shù)e，把問題轉(zhuǎn)化成求出d和e的最大公約數(shù)……

以此類推，逐漸把兩個較大整數(shù)之間的運算簡化成兩個較小整數(shù)之間的運算，直到兩個數(shù)可以整除，或者其中一個數(shù)減小到1為止。

五分鐘后，小灰改好了代碼……

更相減損術(shù)， 出自于中國古代的《九章算術(shù)》，也是一種求最大公約數(shù)的算法。

他的原理更加簡單：兩個正整數(shù)a和b（a>b），它們的最大公約數(shù)等于a-b的差值c和較小數(shù)b的最大公約數(shù)。比如10和25，25減去10的差是15,那么10和25的最大公約數(shù)，等同于10和15的最大公約數(shù)。

由此，我們同樣可以通過遞歸來簡化問題。首先，我們先計算出a和b的差值c（假設a>b），把問題轉(zhuǎn)化成求出b和c的最大公約數(shù)；然后計算出c和b的差值d（假設c>b），把問題轉(zhuǎn)化成求出b和d的最大公約數(shù)；再然后計算出b和d的差值e（假設b>d），把問題轉(zhuǎn)化成求出d和e的最大公約數(shù)……

以此類推，逐漸把兩個較大整數(shù)之間的運算簡化成兩個較小整數(shù)之間的運算，直到兩個數(shù)可以相等為止，最大公約數(shù)就是最終相等的兩個數(shù)。

五分鐘后，小灰重寫了代碼……

眾所周知，移位運算的性能非常快。對于給定的正整數(shù)a和b，不難得到如下的結(jié)論。其中g(shù)cb(a,b)的意思是a,b的最大公約數(shù)函數(shù)：

當a和b均為偶數(shù)，gcb(a,b) = 2*gcb(a/2, b/2) = 2*gcb(a>>1, b>>1)

當a為偶數(shù)，b為奇數(shù)，gcb(a,b) = gcb(a/2, b) = gcb(a>>1, b)

當a為奇數(shù)，b為偶數(shù)，gcb(a,b) = gcb(a, b/2) = gcb(a, b>>1)

當a和b均為奇數(shù)，利用更相減損術(shù)運算一次，gcb(a,b) = gcb(b, a-b)， 此時a-b必然是偶數(shù)，又可以繼續(xù)進行移位運算。

比如計算10和25的最大公約數(shù)的步驟如下：

整數(shù)10通過移位，可以轉(zhuǎn)換成求5和25的最大公約數(shù)

利用更相減損法，計算出25-5=20，轉(zhuǎn)換成求5和20的最大公約數(shù)

整數(shù)20通過移位，可以轉(zhuǎn)換成求5和10的最大公約數(shù)

整數(shù)10通過移位，可以轉(zhuǎn)換成求5和5的最大公約數(shù)

利用更相減損法，因為兩數(shù)相等，所以最大公約數(shù)是5

在兩數(shù)比較小的時候，暫時看不出計算次數(shù)的優(yōu)勢，當兩數(shù)越大，計算次數(shù)的節(jié)省就越明顯。

最后總結(jié)一下上述所有解法的時間復雜度：

1.暴力枚舉法：時間復雜度是O(min(a, b)))

2.輾轉(zhuǎn)相除法：時間復雜度不太好計算，可以近似為O(log(max(a, b)))，但是取模運算性能較差。

3.更相減損術(shù)：避免了取模運算，但是算法性能不穩(wěn)定，最壞時間復雜度為O(max(a, b)))

4.更相減損術(shù)與移位結(jié)合：不但避免了取模運算，而且算法性能穩(wěn)定，時間復雜度為O(log(max(a, b)))

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本文原本只寫到輾轉(zhuǎn)相除法就終告結(jié)束，后來伯樂在線網(wǎng)友們指出還有更優(yōu)化的解法，看來自己還是才疏學淺，很感謝大家指出問題。另外，方法的參數(shù)默認必定是正整數(shù)，所以在代碼中省去了合法性檢查。

文中描述的更相減損術(shù)是簡化了的方式。在九章算術(shù)原文中多了一步驗證：如果兩數(shù)都是偶數(shù)，計算差值之前會首先讓兩個數(shù)都折半，使得計算次數(shù)更少。這種方法做到了部分優(yōu)化，但古人似乎沒想到一奇一偶的情況也是可以優(yōu)化的。

由于篇幅所限，本文省略了關(guān)于輾轉(zhuǎn)相除法原和更相減損術(shù)的原理及證明。其實證明過程并不復雜，細心的同學們也可以自己嘗試研究一下。謝謝大家的捧場！

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的漫画算法：辗转相除法是什么鬼的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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