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文檔簡(jiǎn)介
17/19擴(kuò)展歐幾里得算法在模十九域上的應(yīng)用第一部分模十九域概述 2第二部分?jǐn)U展歐幾里得算法原理 4第三部分歐幾里得算法應(yīng)用舉例 5第四部分?jǐn)U展歐幾里得算法推廣至模十九域 10第五部分模十九域算法流程解析 11第六部分拓展至更大整數(shù)模域的應(yīng)用 14第七部分?jǐn)U展歐幾里得算法應(yīng)用舉例 17第八部分算法計(jì)算復(fù)雜性探究 17
第一部分模十九域概述關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【模十九域定義】:
1.模十九域,或稱有限域GF(19),是包含19個(gè)元素的有限域。
2.模十九域中的元素可以表示為多項(xiàng)式,這些多項(xiàng)式必須滿足某些條件,如首項(xiàng)系數(shù)為1、次數(shù)小于19等。
3.模十九域中的運(yùn)算與通常的算術(shù)運(yùn)算相似,但需要考慮模19的限制,即運(yùn)算結(jié)果必須對(duì)19取模。
【模十九域元素】:
模十九域概述
模十九域,也稱為有限域GF(19),是一個(gè)由19個(gè)元素組成的有限域。它是根據(jù)模19的整數(shù)進(jìn)行加法和乘法運(yùn)算而定義的。
1.模十九域的元素
模十九域的元素是由0到18的整數(shù)組成的集合,記為:
```
```
2.模十九域的運(yùn)算
模十九域中的加法和乘法運(yùn)算都是按照模19的整數(shù)進(jìn)行運(yùn)算的。即,兩個(gè)元素的和或積首先按照普通的整數(shù)加法或乘法運(yùn)算得到一個(gè)中間結(jié)果,然后將中間結(jié)果對(duì)19取余數(shù),得到最終結(jié)果。
2.1加法
模十九域中的加法運(yùn)算與普通的整數(shù)加法運(yùn)算類似,只不過(guò)在計(jì)算結(jié)果時(shí)需要對(duì)19取余數(shù)。例如:
```
5+7=12(mod19)
12+10=22(mod19)=3(mod19)
```
2.2乘法
模十九域中的乘法運(yùn)算與普通的整數(shù)乘法運(yùn)算類似,只不過(guò)在計(jì)算結(jié)果時(shí)需要對(duì)19取余數(shù)。例如:
```
5×7=35(mod19)=16(mod19)
16×10=160(mod19)=11(mod19)
```
3.模十九域的性質(zhì)
模十九域具有以下性質(zhì):
*封閉性:模十九域中的加法和乘法運(yùn)算仍然在模十九域中。
*結(jié)合律:加法和乘法運(yùn)算都滿足結(jié)合律。
*交換律:加法運(yùn)算滿足交換律,但乘法運(yùn)算不滿足交換律。
*分配律:乘法運(yùn)算對(duì)加法運(yùn)算滿足分配律。
*幺元:加法幺元為0,乘法幺元為1。
*逆元:除了0以外的每個(gè)元素都有乘法逆元。
4.模十九域的應(yīng)用
模十九域在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用,包括:
*密碼學(xué):模十九域用于設(shè)計(jì)密碼算法,如橢圓曲線密碼算法。
*編碼理論:模十九域用于設(shè)計(jì)糾錯(cuò)碼,如里德-所羅門碼。
*計(jì)算機(jī)科學(xué):模十九域用于設(shè)計(jì)有限域算法,如FFT算法。
模十九域是一種非常有用的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu),在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。第二部分?jǐn)U展歐幾里得算法原理關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【擴(kuò)展歐幾里得算法原理:因式分解法】:
1.將兩數(shù)的乘積分解成其因子的乘積。
2.將所有因子的指數(shù)相加,得到乘積的指數(shù)。
3.將所有因子的底數(shù)相乘,得到乘積的底數(shù)。
【兩個(gè)數(shù)的最大公約數(shù)(GreatestCommonDivisor,GCD):因式分解法】:
#擴(kuò)展歐幾里得算法原理
擴(kuò)展歐幾里得算法是一種擴(kuò)展的歐幾里得算法,用于求解不定方程組:
$$ax+by=c$$
其中,$a$、$b$、$c$是整數(shù),$x$和$y$是未知數(shù)。
在模十九域上,擴(kuò)展歐幾里得算法的原理如下:
1.初始化
首先,令$r_0=a$,$r_1=b$,$s_0=1$,$s_1=0$,$t_0=0$,$t_1=1$。
2.輾轉(zhuǎn)相除
重復(fù)以下步驟,直到$r_i=0$:
3.求解不定方程
4.模運(yùn)算
為了在模十九域上求解不定方程,需要將所有運(yùn)算結(jié)果模以$19$。
#擴(kuò)展歐幾里得算法的應(yīng)用
擴(kuò)展歐幾里得算法在模十九域上有很多應(yīng)用,其中包括:
1.求解同余方程
2.求解模逆
3.求解不定方程組
不定方程組是指形如$a_1x_1+a_2x_2+\cdots+a_nx_n=c$的方程組,其中$a_1,a_2,\cdots,a_n,c$是整數(shù),$x_1,x_2,\cdots,x_n$是未知數(shù)。利用擴(kuò)展歐幾里得算法,可以求解模為$19$的不定方程組。
#擴(kuò)展歐幾里得算法的復(fù)雜度
擴(kuò)展歐幾里得算法的時(shí)間復(fù)雜度為$O(\logn)$,其中$n$是輸入數(shù)字的最大值。這意味著,擴(kuò)展歐幾里得算法可以在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)求解模為$19$的不定方程組。
#總結(jié)
擴(kuò)展歐幾里得算法是一種非常有用的算法,它可以用于求解模為$19$的不定方程組、同余方程、模逆等問(wèn)題。擴(kuò)展歐幾里得算法的時(shí)間復(fù)雜度為$O(\logn)$,這意味著它可以在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)求解這些問(wèn)題。第三部分歐幾里得算法應(yīng)用舉例#擴(kuò)展歐幾里得算法應(yīng)用舉例
1.求最大公約數(shù)
給定兩個(gè)整數(shù)a和b,可以使用擴(kuò)展歐幾里得算法求出它們的最大公約數(shù)。算法的步驟如下:
1.如果b等于0,則a是最大公約數(shù)。
2.否則,令r是a除以b的余數(shù),即a=bq+r。
3.令a等于b,令b等于r。
4.重復(fù)步驟2和步驟3,直到b等于0。
5.此時(shí),a就是a和b的最大公約數(shù)。
示例:
求12和18的最大公約數(shù)。
步驟:
1.18=12*1+6
2.12=6*2+0
結(jié)果:
12和18的最大公約數(shù)是6。
2.求模逆
給定一個(gè)整數(shù)a和一個(gè)正整數(shù)m,如果存在整數(shù)x,使得a*x≡1(modm),則稱x是a在模m下的模逆。可以使用擴(kuò)展歐幾里得算法求出a在模m下的模逆。算法的步驟如下:
1.如果b等于0,則a沒(méi)有模逆。
2.否則,令r是a除以b的余數(shù),即a=bq+r。
3.令x0等于1,令y0等于0。
4.令x1等于0,令y1等于1。
5.令i等于1。
6.重復(fù)以下步驟,直到ri等于0:
*令xi等于xi-1-qi*xi-2。
*令yi等于yi-1-qi*yi-2。
*令i等于i+1。
*令a等于b,令b等于ri。
7.令x等于xi,令y等于yi。
示例:
求3在模19下的模逆。
步驟:
1.19=3*6+1
2.3=1*3+0
3.令x0=1,y0=0
4.令x1=0,y1=1
5.令i=1
6.令a=3,b=1
7.令xi=1-6*0=1
8.令yi=0-6*1=-6
9.令i=2
10.令a=1,b=0
11.令x=1,y=-6
結(jié)果:
3在模19下的模逆是-6。
3.求同余方程的解
給定一個(gè)同余方程a*x≡b(modm),可以使用擴(kuò)展歐幾里得算法求出方程的解。算法的步驟如下:
1.求出a和m的最大公約數(shù)d。
2.如果b不整除d,則方程無(wú)解。
3.否則,令x0是a在模m/d下的模逆。
4.令x等于x0*b/d。
5.令x等于xmodm。
示例:
求同余方程3*x≡12(mod19)的解。
步驟:
1.求出3和19的最大公約數(shù)d。
```
3=1*19-16
19=16*1+3
3=16-1*13
16=13*1+3
3=13-4*3
13=3*4+1
```
所以,d=1。
2.12不整除1,所以方程有解。
3.令x0是3在模19/1下的模逆。
```
3=19-1*16
19=16*1+3
16=3*5+1
3=16-5*3
```
所以,x0=-5。
4.令x等于x0*b/d。
```
x=-5*12/1
```
所以,x=-60。
5.令x等于xmodm。
```
x=-60mod19
```
所以,x=13。
結(jié)果:
同余方程3*x≡12(mod19)的解是x=13。第四部分?jǐn)U展歐幾里得算法推廣至模十九域關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【擴(kuò)展歐幾里得算法原理】:
1.擴(kuò)展歐幾里得算法是一種求解線性同余方程組的算法,這種算法能夠在模十九域上得到應(yīng)用。
2.擴(kuò)展歐幾里得算法的基本原理是利用輾轉(zhuǎn)相除法求出兩個(gè)整數(shù)a和b的最大公約數(shù),并利用擴(kuò)展歐幾里得算法求出滿足ax+by=gcd(a,b)的整數(shù)x和y。
3.擴(kuò)展歐幾里得算法的應(yīng)用非常廣泛,包括求解線性方程組、求解模反元素、求解模方冪等。
【擴(kuò)展歐幾里得算法在模十九域的具體應(yīng)用】:
#擴(kuò)展歐幾里得算法在模十九域上的應(yīng)用
一、擴(kuò)展歐幾里得算法簡(jiǎn)介
擴(kuò)展歐幾里得算法是一種擴(kuò)展了歐幾里得算法的算法,它允許在給定兩個(gè)整數(shù)a和b時(shí),找到一對(duì)整數(shù)x和y,使得ax+by=1。
二、擴(kuò)展歐幾里得算法推廣至模十九域
為了將擴(kuò)展歐幾里得算法推廣至模十九域,我們需要將算法中的所有運(yùn)算,包括加法、減法和乘法,都限定在模十九的范圍內(nèi)。具體而言,對(duì)于任何整數(shù)a和b,a+bmod19表示a和b在模十九意義下的和,a-bmod19表示a和b在模十九意義下的差,a*bmod19表示a和b在模十九意義下的積。
三、擴(kuò)展歐幾里得算法在模十九域上的應(yīng)用
擴(kuò)展歐幾里得算法在模十九域上的應(yīng)用之一是求解模十九域上的線性方程。給定模十九域上的線性方程ax+by=c,我們可以使用擴(kuò)展歐幾里得算法找到一對(duì)整數(shù)x和y,使得ax+by=1。然后,我們可以將方程兩邊乘以c,得到ax*c+by*c=c。由于ax+by=1,因此ax*c+by*c=cmod19。這也就意味著x*cmod19是方程ax+by=c的一個(gè)解。
擴(kuò)展歐幾里得算法在模十九域上的另一個(gè)應(yīng)用是求解模十九域上的逆元素。給定模十九域上的元素a,如果存在模十九域上的元素b,使得ab=1mod19,則稱b是a的逆元素。我們可以使用擴(kuò)展歐幾里得算法找到a的逆元素,具體方法如下:
1.將a和19代入擴(kuò)展歐幾里得算法中,得到x*a+y*19=1。
2.將方程兩邊除以a,得到x+y*19/a=1/a。
3.由于19是質(zhì)數(shù),因此19/a不存在逆元素。因此,y*19/a=1mod19。
4.將方程兩邊乘以a,得到y(tǒng)*19=amod19。
5.因此,y是a的逆元素。
擴(kuò)展歐幾里得算法在模十九域上的應(yīng)用還有很多,比如求解模十九域上的同余方程、求解模十九域上的最小正整數(shù)解等。第五部分模十九域算法流程解析關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)模十九域算法核心思想
1.將擴(kuò)展歐幾里得算法應(yīng)用于模十九域,利用模運(yùn)算的性質(zhì),將其轉(zhuǎn)化為有限域上的有限步驟算法。
2.在模十九域中,兩個(gè)數(shù)的最大公約數(shù)可以通過(guò)不斷進(jìn)行輾轉(zhuǎn)相除得到,并且輾轉(zhuǎn)相除的余數(shù)會(huì)依次減小,直至余數(shù)為零。
3.擴(kuò)展歐幾里得算法在模十九域中的本質(zhì)是利用余數(shù)來(lái)求取兩個(gè)數(shù)的最大公約數(shù),并且可以通過(guò)輾轉(zhuǎn)相除的步驟計(jì)算出貝祖等式,即兩個(gè)數(shù)的線性組合等于其最大公約數(shù)。
模十九域算法步驟解析
1.給定兩個(gè)模十九域中的數(shù)a和b,首先計(jì)算出a除以b的余數(shù)r,然后將a的值替換為b,將b的值替換為r,繼續(xù)進(jìn)行下一步。
2.重復(fù)步驟1,直到余數(shù)為零,此時(shí)a的值即為a和b的最大公約數(shù)。
3.在計(jì)算最大公約數(shù)的同時(shí),還需要計(jì)算貝祖等式,即將a和b表示為最大公約數(shù)的線性組合,即a=x*最大公約數(shù)+y*b,其中x和y是模十九域中的數(shù)。
模十九域算法應(yīng)用場(chǎng)景
1.模十九域算法是一種通用的算法,可以應(yīng)用于密碼學(xué)、計(jì)算機(jī)代數(shù)、編碼理論等多個(gè)領(lǐng)域。
2.在密碼學(xué)中,模十九域算法可以用于密鑰交換、數(shù)字簽名、哈希函數(shù)等算法中,以確保數(shù)據(jù)的安全性和完整性。
3.在計(jì)算機(jī)代數(shù)中,模十九域算法可以用于多項(xiàng)式的分解、因式分解、Gr?bner基等算法中,以解決復(fù)雜的代數(shù)問(wèn)題。
模十九域算法發(fā)展趨勢(shì)
1.模十九域算法作為一種經(jīng)典的算法,目前仍在不斷地發(fā)展和完善中。
2.近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步,出現(xiàn)了許多新的模十九域算法,這些算法具有更好的效率和更低的復(fù)雜度。
3.未來(lái),模十九域算法的研究方向主要集中在提高算法的效率、降低算法的復(fù)雜度、擴(kuò)展算法的適用范圍等方面。
模十九域算法前沿技術(shù)
1.在模十九域算法的前沿技術(shù)研究中,一種重要方向是利用量子計(jì)算來(lái)設(shè)計(jì)新的模十九域算法。
2.量子計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)一些經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的計(jì)算,因此有望大幅提高模十九域算法的效率和復(fù)雜度。
3.此外,模十九域算法的前沿技術(shù)研究還包括利用人工智能技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)新的算法,以提高算法的魯棒性和適應(yīng)性。
模十九域算法產(chǎn)業(yè)應(yīng)用
1.模十九域算法在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用前景,可以應(yīng)用于密碼學(xué)、計(jì)算機(jī)代數(shù)、編碼理論等多個(gè)領(lǐng)域。
2.在密碼學(xué)中,模十九域算法可以用于密鑰交換、數(shù)字簽名、哈希函數(shù)等算法中,以確保數(shù)據(jù)的安全性和完整性。
3.在計(jì)算機(jī)代數(shù)中,模十九域算法可以用于多項(xiàng)式的分解、因式分解、Gr?bner基等算法中,以解決復(fù)雜的代數(shù)問(wèn)題。
4.在編碼理論中,模十九域算法可以用于糾錯(cuò)碼、低密度奇偶校驗(yàn)碼、Reed-Solomon碼等算法中,以提高數(shù)據(jù)的可靠性和傳輸效率。#擴(kuò)展歐幾里得算法在模十九域上的應(yīng)用
模十九域算法流程解析
擴(kuò)展歐幾里得算法是一種求解模逆元的算法,在密碼學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和其他領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在模十九域上,擴(kuò)展歐幾里得算法的步驟如下:
1.令$a$、$b$為正整數(shù),且$b$不等于$0$,計(jì)算$q$和$r$,使得$a=bq+r,0≤r<b$。
2.如果$r=0$,則返回$(b,1,0)$,其中$b$是$a$的模逆元。
3.否則,令$s_1=1,t_1=0,s_2=0,t_2=1$。
4.使用擴(kuò)展歐幾里得算法遞歸計(jì)算$\gcd(b,r)$,并返回$(d,s,t)$,其中$d$是$\gcd(b,r)$,$s$和$t$是滿足$bs+rt=d$的整數(shù)。
6.返回$(d,s_1,t_1)$。
示例
為了更好地理解擴(kuò)展歐幾里得算法在模十九域上的應(yīng)用,我們來(lái)看一個(gè)具體的例子。假設(shè)我們想計(jì)算$12$在模十九域上的模逆元。
1.令$a=12$、$b=19$。計(jì)算$q$和$r$,使得$12=19\cdot0+12$,則$q=0$和$r=12$。
2.由于$r$不等于$0$,所以繼續(xù)執(zhí)行算法。
3.令$s_1=1,t_1=0,s_2=0,t_2=1$。
4.使用擴(kuò)展歐幾里得算法遞歸計(jì)算$\gcd(19,12)$,并返回$(7,-2,3)$,其中$7$是$\gcd(19,12)$,$-2$和$3$是滿足$19(-2)+12(3)=7$的整數(shù)。
6.返回$(7,-2,3)$。
因此,$12$在模十九域上的模逆元是$-2$。第六部分拓展至更大整數(shù)模域的應(yīng)用關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)模十九域中RSA加密算法
1.RSA加密算法是一種非對(duì)稱加密算法,它使用兩個(gè)大質(zhì)數(shù)的乘積作為公鑰,而兩個(gè)質(zhì)數(shù)的乘積的歐拉函數(shù)的逆作為私鑰。
2.在模十九域中,可以使用拓展歐幾里得算法快速求出兩個(gè)質(zhì)數(shù)的乘積的歐拉函數(shù)的逆。
3.利用擴(kuò)展歐幾里得算法,可以快速計(jì)算出加密和解密所需的模指數(shù),從而提高RSA加密算法的效率。
模十九域中離散對(duì)數(shù)問(wèn)題
1.離散對(duì)數(shù)問(wèn)題是密碼學(xué)中的一個(gè)重要問(wèn)題,它指的是給定一個(gè)循環(huán)群G、一個(gè)群生成元g和一個(gè)群元素h,求出一個(gè)整數(shù)x,使得g^x=h。
2.在模十九域中,可以使用拓展歐幾里得算法來(lái)求解離散對(duì)數(shù)問(wèn)題。
3.拓展歐幾里得算法可以將離散對(duì)數(shù)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)線性方程組,從而可以利用矩陣運(yùn)算來(lái)求解。
模十九域中素?cái)?shù)判定
1.素?cái)?shù)判定問(wèn)題是密碼學(xué)中的一個(gè)基本問(wèn)題,它指的是給定一個(gè)整數(shù)n,判斷n是否為素?cái)?shù)。
2.在模十九域中,可以使用拓展歐幾里得算法來(lái)判定一個(gè)整數(shù)是否為素?cái)?shù)。
3.拓展歐幾里得算法可以將素?cái)?shù)判定問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)二次同余方程,從而可以利用二次同余定理來(lái)判定一個(gè)整數(shù)是否為素?cái)?shù)。
模十九域中整數(shù)分解
1.整數(shù)分解問(wèn)題是密碼學(xué)中的一個(gè)重要問(wèn)題,它指的是給定一個(gè)整數(shù)n,將其分解為兩個(gè)或多個(gè)因數(shù)。
2.在模十九域中,可以使用拓展歐幾里得算法來(lái)分解一個(gè)整數(shù)。
3.拓展歐幾里得算法可以將整數(shù)分解問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)線性方程組,從而可以利用矩陣運(yùn)算來(lái)分解一個(gè)整數(shù)。
模十九域中二次剩余
1.二次剩余問(wèn)題是密碼學(xué)中的一個(gè)重要問(wèn)題,它指的是給定一個(gè)模數(shù)n和一個(gè)整數(shù)a,判斷a是否在模n下有二次剩余。
2.在模十九域中,可以使用拓展歐幾里得算法來(lái)判斷一個(gè)整數(shù)是否在模n下有二次剩余。
3.拓展歐幾里得算法可以將二次剩余問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)線性方程組,從而可以利用矩陣運(yùn)算來(lái)判斷一個(gè)整數(shù)是否在模n下有二次剩余。
模十九域中的其他應(yīng)用
1.拓展歐幾里得算法還可以用于模十九域中的其他應(yīng)用,包括:
-模十九域中的模冪運(yùn)算
-模十九域中的模反運(yùn)算
-模十九域中的模除法運(yùn)算
-模十九域中的隨機(jī)數(shù)生成拓展至更大整數(shù)模域的應(yīng)用
拓展歐幾里得算法在模十九域上的應(yīng)用,可以推廣至任意正整數(shù)模域。在模算術(shù)中,拓展歐幾里得算法用于求解關(guān)于未知數(shù)的模線性同余方程,如ax≡b(modm),其中a、b、m是整數(shù),x是未知數(shù)。算法的基本思想是利用輾轉(zhuǎn)相除法,將方程逐步化簡(jiǎn),最終得到一個(gè)簡(jiǎn)單的方程,從而求出x的解。
拓展歐幾里得算法在模十九域上的應(yīng)用,與在其他模域上的應(yīng)用本質(zhì)上是一致的。算法的具體步驟如下:
1.將a和m分別除以它們的最小公約數(shù)d,得到a'=a/d、m'=m/d。
2.求解方程a'x'≡1(modm'),其中x'是未知數(shù)。
3.將x'代回原方程ax≡b(modm),得到a'(dx')x≡b(modm)或dx'x≡b(modm)。
4.利用擴(kuò)展歐幾里得算法,求解方程dx≡b(modm),得到x的解。
拓展歐幾里得算法在模十九域上的應(yīng)用,具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.算法簡(jiǎn)單易懂,易于實(shí)現(xiàn)。
2.算法的計(jì)算量與輸入數(shù)據(jù)的位數(shù)呈線性關(guān)系,算法的復(fù)雜度為O(logm)。
3.算法可以用于求解模線性同余方程組,以及其他一些模算術(shù)問(wèn)題。
拓展歐幾里得算法在模十九域上的應(yīng)用,在密碼學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。具體應(yīng)用包括:
1.密碼學(xué)中的密鑰交換:在Diffie-Hellman密鑰交換協(xié)議中,拓展歐幾里得算法用于計(jì)算模冪。
2.計(jì)算機(jī)科學(xué)中的模運(yùn)算:在計(jì)算機(jī)科學(xué)中,拓展歐幾里得算法用于計(jì)算模逆,模除等操作。
3.其他領(lǐng)域中的應(yīng)用:拓展歐幾里得算法還被用于線性代數(shù)、數(shù)論等其他領(lǐng)域。
總之,拓展歐幾里得算法在模十九域上的應(yīng)用,是一種簡(jiǎn)單、高效的算法,在密碼學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。算法的推廣至更大整數(shù)模域的應(yīng)用,使其在這些領(lǐng)域中的應(yīng)用更加廣泛。第七部分?jǐn)U展歐幾里得算法應(yīng)用舉例擴(kuò)展歐幾里德
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