Stein算法是一种计算两个数
最大公约数的算法,是针对
欧几里德算法在对大整数进行运算时,需要试商导致增加运算时间的缺陷而提出的改进算法。
算法目标
欧几里德算法是计算两个数
最大公约数的传统算法,无论从理论还是从实际效率上都是很好的。但是却有一个致命的缺陷,这个缺陷在素数比较小的时候一般是感觉不到的,只有在大素数时才会显现出来。
一般实际应用中的整数很少会超过64位(当然已经允许128位了),对于这样的整数,计算两个数之间的模是很简单的。对于
字长为32位的平台,计算两个不超过32位的整数的模,只需要一个
指令周期,而计算64位以下的整数模,也不过几个周期而已。但是对于更大的素数,这样的计算过程就不得不由用户来设计,为了计算两个超过64位的整数的模,用户也许不得不采用类似于多位数除法手算过程中的试商法,这个过程不但复杂,而且消耗了很多CPU时间。对于现代
密码算法,要求计算128位以上的素数的情况比比皆是,设计这样的程序迫切希望能够抛弃除法和取模。
算法步骤
1.如果A=0,B是最大公约数,算法结束
2.如果B=0,A是最大公约数,算法结束
3.设置A1 = A、B1=B和C1 = 1
4.如果An和Bn都是偶数,则An+1 =An /2,Bn+1 =Bn /2,Cn+1 =Cn *2(注意,乘2只要把整数左移一位即可,除2只要把整数右移一位即可)
5.如果An是偶数,Bn不是偶数,则An+1 =An /2,Bn+1 =Bn ,Cn+1 =Cn (很显然啦,2不是奇数的约数)
6.如果Bn是偶数,An不是偶数,则Bn+1 =Bn /2,An+1 =An ,Cn+1 =Cn (很显然啦,2不是奇数的约数)
7.如果An和Bn都不是偶数,则An+1 =|An -Bn|,Bn+1 =min(An,Bn),Cn+1 =Cn
8.n++,转4
两种算法的对比
欧几里德算法每次
迭代中最恶劣的情况是,a=2b-1,这样,迭代后,r=b-1。如果a小于2^N,这样大约需要4N次
迭代。而Stein算法,每次
迭代后,显然AN+1BN+1≤ ANBN/2,最大迭代次数也不超过4N次。也就是说,
迭代次数几乎是相等的。但是,需要注意的是,对于大素数,试商法将使每次
迭代都更复杂,因此对于大素数,Stein算法将更有优势。
代码实现
C++
Php
javascript
优化的C实现
Ruby实现
Pascal实现
function stein(a,b :longint):longint;
Begin
if a <b then
begin
a:=a xor b;
b:=a xor b;
a:=a xor b;
end;
if b = 0 then exit(a);
If (a and 1 = 0) and (b and 1 = 0) then exit(stein(a shr 1,b shr 1) shl 1);
If (a and 1 = 0) then exit(stein(a shr 1,b));
If (b and 1 = 0) then exit(stein(a,b shr 1));
exit(stein((a+b)shr 1,(a-b)shr 1));
End;