如果只考虑其整数解这类方程就叫做丢番图方程
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丢番图方程的可解性问题
古希腊数学家丢番图(Diophantus):代数学 之父
在《算术》(Arithmetica)一书中提出了有关两 个或多个变量整数系数方程的有理数解问题。 对于具有整数系数的不定方程,如果只考虑其整 数解,这类方程就叫做丢番图方程。
“丢番图方程可解性问题”的实质为:能否写 出一个可以判定任意丢番图方程是否可解的算 法?
(1)如果=0,那么将0赋值给Y,并输出Y,转步骤(11) 继续执行; (2)将0赋给X,将1赋值给Y; (3)输出X、Y; (4)将1赋值给I; (5)如果 I 大于 -1 ,则转到步骤( 11 ),否则继续执行; (6)将X和Y的和赋值给Z; (7)将Y赋值给X; (8)将Z赋值给Y; (9)将Y输出; (10)将I加1,转步骤(5)继续执行; (11)算法结束。
例4.2 问:方程2x+4y=15有无整数解?
答:2和4的最大公因子是2,2不能整除15,故该 方程无整数解。
两个未知数的线性丢番图方程 的解:欧几里德算法
给定两个正整数 m 和 n,求它们的最大公因子, 即能同时整除m和n的最大正整数。 步骤如下:
(1)以n除m,并令所得余数为r(r必小于n); (2)若 r=0,算法结束,输出结果 n;否则,继续 步骤(3); ( 3 )将 n 置换为 m,r 置换为 n,并返回步骤( 1 ) 继续进行。
例4.5 求解调和级数
1 1 1 1 Hn 1 2 3 n 设变量X表示累加和,变量I表示循环的次数,自 然语言描述算法如下: (1)将0赋值给X; (2)将1赋值给I; (3)将X与1/I相加,然后把结果存入X; (4)将I加1; (5)若I大于等于N,算法结束,结果为X;否 则转到步骤(3)继续执行。
算法
算法的表示方法
原语
一个算法的表达需要使用一些语言形式
自然语言“Visiting grandchildren can be nerve-racking”,可能即意味着孙子孙女导致了 很多问题,也表示去看他们可能会有问题 图形语言:很少人能够根据折纸图给出的步骤成 功地叠出一只鸟来,但一个专门学习过折纸的学 生可以轻松完成
算法
算法实例
例4.4 求1+2+3+……+100 设变量X表示加数,Y表示被加数,用自然语言将 算法描述如下: (1)将1赋值给X; (2)将2赋值给Y; (3)将X与Y相加,结果存放在X中; (4)将Y加1,结果存放在Y中; (5)若Y小于或等于100,转到步骤(3)继续执 行;否则,算法结束,结果为X。
例4.3 设m=56,n=32,求m、n的最大公因子
算法如下: (1)32除56余数为24; (2)24除32余数为8; (3)8除24余数为0,算法结束,输出结果8。 答:m、n的最大公因子为8。 欧几里德算法既表述了一个数的求解过程,
又表述了一个判定过程,该过程可以判定“ m和 n 是互质的”(即除1以外,m和n没有公因子)这个 命题的真假。
算法
算法的定义和特征
1.算法的非形式化定义 一个算法,就是一个有穷规则的集合,其中之 规则规定了一个解决某一特定类型问题的运算 序列。
2.算法的重要特性
有穷性:一个算法在执行有穷步之后必须结束。 确定性:算法的每一个步骤必须要确切地定义。 即算法中所有有待执行的动作必须严格而不含 混地进行规定,不能有歧义性。 输入:算法有零个或多个的输入,即在算法开 始之前,对算法最初给出的量。 输出:算法有一个或多个的输出,即与输入有 某个特定关系的量,简单地说就是算法的最终 结果。 能行性:算法中有待执行的运算和操作必须是 相当基本的,
3.算法的形式化定义 算法是一个四元组,即(Q,I,Ω,F)。 其中: (1)Q是一个包含子集I和Ω的集合,它表示计算 的状态; (2)I表示计算的输入集合; (3)Ω表示计算的输出集合; (4)F表示计算的规则,它是一个由 Q到它自身 的函数,且具有自反性,即对于任何一个元素 q∈Q,有F(q)=q。
例4.6 求解斐波那契数
0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,… (1) 来源于1202年意大利数学家斐波那契 ( L.P.Fibonacci) 在 其 《 珠 算 之 书 》 ( Liber Abaci)中提出的一个“兔子问题”:
假设一对刚出生的兔子一个月后就能长大,再过 一个月就能生下一对兔子,并且此后每个月都能 生一对兔子,且新生的兔子在第二个月后也是每 个月生一对兔子。 问:一对兔子一年内可繁殖成多少对兔子?
第4章 计算学科中的核心概念 4.1 算法
算法的历史简介
公元825年,阿拉伯数学家阿科瓦里茨米 (AlKhowarizmi)写了著名的《波斯教科书》 (Persian Textbook),书中概括了进行四则算 术运算的法则。
“算法”(Algorithm)一词就来源于这位数学家 的名字。
后来,《韦氏新世界词典》将其定义为“解某 种问题的任何专门的方法”。 而据考古学家发现,古巴比伦人在求解代数方 程时,就已经采用了“算法”的思想。
一个未知数的线性丢番图方程的解
源自文库
ax=b,只要a能整除b,就可判定其有整数解, 该整数解即b/a。
两个未知数的线性丢番图方程 的解
ax+by=c,先求出a和b的最大公因子d,若d能 整除c,则该方程有解(整数解)。 问:方程13x+26y=52有无整数解?
答:13和26的最大公因子是13,13又可整除52, 故该方程有整数解(如x=2,y=1即方程的解)。
在序列( 1 )中,每个数都是它的前两个数之 和, Fn 表示这个序列的第 n 个数,该序列可以 形式化的定义为:
F0=0,F1=1,Fn+2=Fn+1+Fn,n≥0
斐波那契数列还是一个关于加法算法的典型实 例。
设变量X表示前一个数的值,即定义中的Fn, 变量Y表示当前数的值,即定义中的Fn+1,变 量Z表示后一个数的值,即定义中的Fn+2。那 么求解问题的自然语言描述如下: