Python 实现欧几里得算法与分数运算

标题:Python 实现欧几里得算法与分数运算

正文:

欧几里得算法,又称辗转相除法,是一种用于计算两个非负整数的最大公约数的算法。在这篇文章中,我们将介绍 Python 中的欧几里得算法的递归和非递归写法,并将其应用于分数运算。

欧几里得算法的递归写法

def gcd(a, b):
    if b == 0:
        return a
    else:
        return gcd(b, a % b)

上述代码定义了一个递归函数 gcd,用于计算两个整数的最大公约数。其中,ab 分别是待计算的两个整数。

欧几里得算法的非递归写法

def gcd_no_rec(a, b):
    while b > 0:
        r = a % b
        a = b
        b = r
    return a

这段代码展示了欧几里得算法的非递归实现方式。通过循环迭代,不断更新余数,直到余数为 0。

分数运算的实现

class Fraction:
    def __init__(self, a, b):
        self.a = a
        self.b = b
        x = self.gcd(a, b)
        self.a //= x  # 使用地板除,保证结果为整数
        self.b //= x

    def gcd(self, a, b):
        if b == 0:
            return a
        else:
            return gcd(b, a % b)

    def lcm(self, a, b):
        x = gcd_no_rec(a, b)
        return a * b // x  # 使用地板除,保证结果为整数

    def __add__(self, other):
        a = self.a
        b = self.b
        c = other.a
        d = other.b
        denominator = self.lcm(b, d)
        molecule = a * (denominator // b) + c * (denominator // d)
        return Fraction(molecule, denominator)

    def __sub__(self, other):
        a = self.a
        b = self.b
        c = other.a
        d = other.b
        denominator = self.lcm(b, d)
        molecule = a * (denominator // b) - c * (denominator // d)
        return Fraction(molecule, denominator)

    def __mul__(self, other):
        a = self.a
        b = self.b
        c = other.a
        d = other.b
        molecule = a * c
        denominator = b * d
        return Fraction(molecule, denominator)

    def __truediv__(self, other):
        a = self.a
        b = self.b
        c = other.a
        d = other.b
        molecule = a * d
        denominator = b * c
        return Fraction(molecule, denominator)

    def __str__(self):
        return "%d/%d" % (self.a, self.b)

# 使用示例
f1 = Fraction(30, 15)
f2 = Fraction(4, 6)
print("加法:", f1 + f2)
print("减法:", f1 - f2)
print("乘法:", f1 * f2)
print("除法:", f1 / f2)

这部分代码定义了一个 Fraction 类,用于表示分数,并实现了加法、减法、乘法、除法等运算。在初始化过程中,会自动约分。通过这篇文章,我们学习了欧几里得算法的两种实现方式,并了解了如何使用 Python 实现分数运算。这些算法和实现为我们处理数学计算提供了强大的工具。