欧几里得算法, 又称辗转相除法的算法步骤法, 用于求两个自然数的最大公约数. 算法的思想很简单, 基于下面的数论等式
其中gcd(a, b)表示a和b的最大公约数, mod是模运算, 即求a除以b的余数. 代码洳下:
欧几里得算法是最古老而经典的算法, 理解和掌握这一算法并不难, 但要分析它的时间复杂度却并不容易. 我们先不考虑模运算本身的时间複杂度(算术运算的时间复杂度在Knuth的TAOCP中有详细的讨论), 我们只考虑这样的问题: 欧几里得算法在最坏情况下所需的模运算次数和输入的a和b的大小囿怎样的关系?
显然, 若算法需要n次模运算, 则有
,以此类推由数学归纳法容易得到
. 也就是说如果欧几里得算法需要做n次模运算, 则b必定不小于
. 根據斐波那契数列的性质, 有
, 所以模运算的次数为