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Python求最大公約數的五種常見方法

編輯:Python

求最大公約數是習題中比較常見的類型,下面小編會給大家提供五種比較常見的算法,記得幫忙點個贊哦!

一般來說,最大公約數的求法大概有5種

方法一:短除法

        短除法是求最大公因數的一種方法,也可用來求最小公倍數。求幾個數最大公因數的方法,開始時用觀察比較的方法,即:先把每個數的因數找出來,然後再找出公因數,最後在公因數中找出最大公因數。後來,使用分解質因數法來分別分解兩個數的因數,再進行運算。之後又演變為短除法。短除法運算方法是先用一個除數除以能被它除盡的一個質數,以此類推,除到兩個數的商是互質數為止。

        簡單來說就是逐步找出兩個數的所有公約數,再將這些公約數累乘起來,就能得到最大公約數啦!

a=int(input("please input the first number:"))
b=int(input("please input the second number:"))
m,n=a,b # 創建兩個變量存儲a和b
t=1 # 創建t作為最大公約數的載體
for i in range(2,min(a,b)):
while (a%i==0 and b%i==0):
t*=i # 所有公約數累乘起來
a/=i
b/=i
print((f"{m},{n}的最大公約數為:{t}"))

        這種方法雖然有點麻煩,但是邏輯卻很清楚,不容易出錯。

方法二:歐幾裡得算法(輾轉相除法)

        歐幾裡得算法是用來求兩個正整數最大公約數的算法。古希臘數學家歐幾裡得在其著作《The Elements》中最早描述了這種算法,所以被命名為歐幾裡得算法。      

        假如需要求 1997 和 615 兩個正整數的最大公約數,用歐幾裡得算法,是這樣進行的:

1997 / 615 = 3······152

615 / 152 = 4······7

152 / 7 = 21······5

7 / 5 = 1······2

5 / 2 = 2······1

2 / 1 = 2······0

        至此,最大公約數為1

        以除數和余數反復做除法運算,當余數為 0 時,取當前算式除數為最大公約數,所以就得出了 1997 和 615 的最大公約數 1。

        明白了這其中的邏輯,我們就可以著手開始寫程序啦!

a=int(input("please input the first number:"))
b=int(input("please input the second number:"))
# 首先要給兩數排序,保證大數除以小數
m=max(a,b)
n=min(a,b)
t=m%n
while t!=0:
m,n=n,t # 仔細觀察不難發現:每個除式的m、n是都是上一個式子的n和余數
t=m%n # 更新余數
print(f"{a}和{b}的最大公約數為{n}")

        當然了,遞歸方法也能實現歐幾裡得算法。

def GCD(a,b):
# 比較大小,保證大數除以小數
if a<b:
a,b=b,a
# 判斷是否能整除,若能整除,直接返回被除數
if a%b==0:
return b
# 若不能整除,則返回函數GCD,參數做相應變化
else:
return GCD(b,a%b)
a=int(input("please input the first number:"))
b=int(input("please input the second number:"))
gcd=GCD(a,b)
print(f"{a}和{b}的最大公約數為{gcd}")

方法三:更相減損術

        更相減損術是出自《九章算術》的一種求最大公約數的算法,它原本是為約分而設計的,但它適用於任何需要求最大公約數的場合。原文是:

        可半者半之,不可半者,副置分母、子之數,以少減多,更相減損,求其等也。以等數約之。     

白話文譯文:

(如果需要對分數進行約分,那麼)可以折半的話,就折半(也就是用2來約分)。如果不可以折半的話,那麼就比較分母和分子的大小,用大數減去小數,互相減來減去,一直到減數與差相等為止,用這個相等的數字來約分。

        具體步驟:

第一步:任意給定兩個正整數;判斷它們是否都是偶數。若是,則用2約簡;若不是則執行第二步。

第二步:以較大的數減較小的數,接著把所得的差與較小的數比較,並以大數減小數。繼續這個操作,直到所得的減數和差相等為止。

則第一步中約掉的若干個2的積與第二步中等數的乘積就是所求的最大公約數。

其中所說的“等數”,就是公約數。求“等數”的辦法是“更相減損”法。

        現在使用更相減損術求98與63的最大公約數。

解:由於63不是偶數,把98和63以大數減小數,並輾轉相減:

98-63=35

63-35=28

35-28=7

28-7=21

21-7=14

14-7=7

所以,98和63的最大公約數等於7。

a=int(input("please input the first number:"))
b=int(input("please input the second number:"))
# 首先要給兩數排序,保證大數減小數
m=max(a,b)
n=min(a,b)
# 判斷兩數是否都是偶數,如果都是偶數就同時除2
while m%2==0 and n%2==0:
m,n=m/2,n/2
t=m-n
# 判斷條件是減數和差相等
while n!=t:
m,n=max(n,t),min(n,t) # 每減一輪之後,都要重新判斷減數和差的大小,再次以大數減去小數
t=m-n
print(f"{a}和{b}的最大公約數為{n}")

方法四:窮舉法(枚舉法)

        從兩個數中較小數開始,由小到大列舉,找出公約數並保證該公約數也屬於較大數,這些公約數的最大者就是最大公約數;也可以從大到小列舉,直到找出公約數後跳出循環,該公約數即是最大公約數。

a=int(input("please input the first number:"))
b=int(input("please input the second number:"))
p,q=min(a,b),max(a,b)
lst=[]
for i in range(1,p+1):
if p%i==0 and q%i==0:
lst.append(i)
gcd=max(lst)
print(f"{a}和{b}的最大公約數為{gcd}")
#a=int(input("please input the first number:"))
#b=int(input("please input the second number:"))
#p,q=min(a,b),max(a,b)
#gcd=0
#for i in range(p,0,-1):
# if p%i==0 and q%i==0:
# gcd=i
# break
#print(f"{a}和{b}的最大公約數為{gcd}")

方法五:Stein算法

        Stein算法是一種計算兩個數最大公約數的算法,是針對歐幾裡德算法在對大整數進行運算時,需要試商導致增加運算時間的缺陷而提出的改進算法。

歐幾裡得算法缺陷:

        歐幾裡德算法是計算兩個數最大公約數的傳統算法,無論從理論還是從實際效率上都是很好的。但是卻有一個致命的缺陷,這個缺陷在素數比較小的時候一般是感覺不到的,只有在大素數時才會顯現出來。

        一般實際應用中的整數很少會超過64位(當然已經允許128位了),對於這樣的整數,計算兩個數之間的模是很簡單的。對於字長為32位的平台,計算兩個不超過32位的整數的模,只需要一個指令周期,而計算64位以下的整數模,也不過幾個周期而已。但是對於更大的素數,這樣的計算過程就不得不由用戶來設計,為了計算兩個超過64位的整數的模,用戶也許不得不采用類似於多位數除法手算過程中的試商法,這個過程不但復雜,而且消耗了很多CPU時間。對於現代密碼算法,要求計算128位以上的素數的情況比比皆是,設計這樣的程序迫切希望能夠拋棄除法和取模。

看下面兩個結論:

        gcd(a,a)=a,也就是一個數和其自身的公約數仍是其自身。
        gcd(ka,kb)=k gcd(a,b),也就是最大公約數運算和倍乘運算可以交換。特殊地,當k=2時,說明兩個偶數的最大公約數必然能被2整除。

        當k與b互為質數,gcd(ka,b)=gcd(a,b),也就是約掉兩個數中只有其中一個含有的因子不影響最大公約數。特殊地,當k=2時,說明計算一個偶數 和一個奇數的最大公約數時,可以先將偶數除以2。

        :param a: 第一個數

        :param b: 第二個數

        :return: 最大公約數

def gcd_Stein(a, b):
# 保證b比a小
if a < b:
a, b = b, a
if (0 == b):
return a
# a、b都是偶數,除2右移一位即可
if a % 2 == 0 and b % 2 == 0:
return 2 * gcd_Stein(a / 2, b / 2)
# a是偶數
if a % 2 == 0:
return gcd_Stein(a / 2, b)
# b是偶數
if b % 2 == 0:
return gcd_Stein(a, b / 2)
# 都是奇數
return gcd_Stein((a + b) / 2, (a - b) / 2)
a=int(input("please input the first number:"))
b=int(input("please input the second number:"))
gcd=int(gcd_Stein(a,b))
print(f"{a}和{b}的最大公約數為{gcd}")

以上就是小編總結的五種常用方法了,希望對各位有所幫助!記得點贊喔!


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