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从一个困惑开始

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关于「为什么将 $\gcd(a,b)$ 改为 $\gcd(b,r_1)$ 会使问题规模变小?」

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理解原因

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将 gcd⁡(a,b)\gcd(a,b) 改为 gcd⁡(b,r1)\gcd(b,r_1) 会使问题规模变小,因为余数 r1r_1 严格小于除数 bb。通过将较大的数 aa 替换为较小的余数 r1r_1,最大公约数函数的输入大小在每次迭代中都会减小。

适用条件:整数 aa 和 bb 满足 a≥b>0a \ge b > 0。;余数 r1r_1 满足 0≤r1<b0 \le r_1 < b。

认识概念

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欧几里得算法的核心变换是将求 gcd⁡(a,b)\gcd(a,b) 的问题替换为求 gcd⁡(b,a mod b)\gcd(b, a \bmod b),其中 a mod ba \bmod b 是 aa 除以 bb 的余数。这在保持最大公约数不变的同时减小了问题规模。

适用条件:整数 aa 和 bb 满足 a≥b>0a \ge b > 0。;余数 a mod ba \bmod b 严格小于 bb。