خوارزمية أقليدس

طريقة أقليدس لإيجاد القاسم المشترك الأكبر لعددين ابتُدأ بهما ممثلين بالقطعتين AB و CD، عُرفا كل منهما على أنهما مضاعفين لوحدة طول مشتركة. بما أن طول CD أقصر من AB، استعمل لقياس AB، ولكنه قاسه مرة واحدة لأن الباقي EA أصغر قطعا من CD. الآن، EA تقيس (مرتين) الطول الأقصر DC، حيث الباقي FC أقصر من EA. إذن، FC تقيس (ثلاث مرات) الطولEA. لأنه لم يبق أي باق، تتوقف العملية مع كون FC القاسم المشترك الأكبر. في اليمين، مثال نيكوماكوس مع الأعداد 49 و21 معطيا قاسمهما المشترك الأكبر مساويا لسبعة. (أُخذ من Heath 1908:300).

في الرياضيات، خوارزمية أقليدس (Euclidean algorithm)‏ هي طريقة فعالة تمكن من إيجاد القاسم المشترك الأكبر لعددين وهو أكبر عدد يقسم في نفس الوقت العددين معا بدون أي باق من القسمة. يُرمز له بالفرنسية ب PGCD وبالإنجليزية GCD. سميت هذه الخوارزمية هكذا نسبة إلى عالم الرياضيات الإغريقي أقليدس الذي وصف الخوارزمية لأول مرة في كتابه المعروف باسم الأصول (حوال عام 300 ق.م).

مثال

القاسم المشترك الأكبر ل 48 و 60 هو 12.

القاسم المشترك الأكبر للعددين 252 و 198:

252 = 198 * 1 + 54 ‘ أربع وخمسون هو باقي قسمة 252 على 198

فنجد القاسم المشترك للعددين 198 و 54

198 = 54 * 3 + 36 ‘ ست وثلاثون هو باقي القسمة.

نكرر العملية هذه المرة مع : 54 و 36

54 = 36 * 1 + 18

مرة أخرى : 36 = 18 * 2 + 0

هنا وصلنا للصفر فيكون العدد الثاني 18 هو القاسم المشترك الأكبر.

الخلفية : القاسم المشترك الأكبر

وصف الخوارزمية

القاسم المشترك الأكبر لعددين طبيعيين A، B يساوي القاسم المشترك الأكبر للعدد الثاني B وباقي قسمة A على B، ونكرر العملية نفسها حتى يصبح باقي القسمة مساويا الصفر، عندئذ يكون القاسم المشترك الأكبر هو العدد الآخر. حيث r هو باقي قسمة A على B.

N هو القاسم المشترك الأكبر.

التطور التاريخي

من المحتمل أن تكون الخوارزمية الإقليدية قد اكتشفت قرونا قبل إقليدس. بين هنا حاملا ل dividers

خوارزمية أقليدس هي واحدة من أقدم الخوارزميات الجارية الاستعمال. ظهرت في كتاب الأصول لإقليدس (في حوالي عام 300 قبل الميلاد).

تطبيقات رياضياتية

متطابقة بوزو

تنص متطابقة بوزو على أن القاسم المشترك الأكبر g لعددين a و b يمكن أن يمثل مجموعا خطيا للعددين a و b؛ أي أنه يوجد عددان، s و t حيث يتوفر ما يلي: ${\displaystyle g=sa+tb}$

الخوارزمية الإقليدية الممتدة

یمكن تمثیل القاسم المشترك الأكبر للعددین عن طریق دمج خطي مع عددین آخرین،

كیف یمكن أیجاد قیمتي n و m وذلك عن طریق خوارزمیة اقلیدس الممتدة وهناك ثلاثة طرق لمعرفة هذه القیم (الطرق هي مشابه لبعض، لكن یمكن القول أنها مختصره من الأخریات). الطريقة الأولى: وهي يمكن ان نطلق عليها التراجع وفي هذه الطريقة نقوم بالحل عن طريق خوارزمية اقليدس وبعدها تقول بالتراجع الخلفي لايجاد قيمتي m،n كما في المثال التالي: مثال: قم بتمثيل العددين 26 و 21 بطريقة اقليدس الممتدة : فنبدأ بالحل كما هو الحال في طريقة اقليدس : 26 = 1* 21 + 5 و 21 = 4 * 5 + 1 و 5 = 5 * 1 + 0 وتتوقف عند الصفر. الآن المعادلة التي قبل المعادلة التي باقيها صفر أي المعادلة الثانية نقوم بكتابتها بالشكل التالي :

${\displaystyle 1=21-4*5}$

أیضا المعادلة الأولى بنفس الشكل :

${\displaystyle 5=26-1*21}$

في المعادلتين السابقتين

1 = 21 – 4 * (26 – 1 * 21)

ومن غیر أجراء عملیة حسابیة، فقط نفك القوس لینتج : 1 = 21 -4*26 +4*21 1=21(1+4)-4*26 حيث 21 عامل مشترك لیكون لدینا الناتج النهائي : 4*21 +21

1 = 5*21 + (-4)*26 نتاكد من النتيجة 5*21+ -4*26 والناتج يساوي واحد إذاً المعادلة صحيحة

إذاً قيمة m هي 5 وقيمة n هي -4.

طريقة المصفوفات

المعادلات الديوفانتية الخطية

يمكن لخوارزمية أقليدس أيضا أن تستعمل من أجل حلحلة العديد من المعادلات الديوفانتية الخطية. تظهر واحدة من هده المعادلات في مبرهنة الباقي الصيني.

${\displaystyle {\begin{aligned}x_{1}&\equiv x{\bmod {m}}_{1}\\x_{2}&\equiv x{\bmod {m}}_{2}\\&\vdots \\x_{N}&\equiv x{\bmod {m}}_{N}\,.\end{aligned}}}$

مبرهنة الباقي الصيني

مبرهنة الباقي الصيني

شجرة ستيرن-بروكوت

شجرة ستيرن-بروكوت، و متتاليات ستيرن-بروكوت من الرتبة i حيث i = 1، 2، 3، 4.

انظر شجرة ستيرن-بروكوت.

الكسور المستمرة

الفعالية الخوارزمية

عدد الخطوات المطلوبة في الخوارزمية الإقليدية لحساب القاسم المشترك الأكبر(x،y). النقط الحمراء تدل على عدد صغير نسبيا من الخطوات (سريع)، بينما النقط الصفراء والخضراء والزرقاء تدل على عدد أكبر على التوالي من النقط (بطيء). The largest blue area follows المستقيم y = Φx، حيث Φ يمثل النسبة الذهبية.

دُرست فعالية خوارزمية أقليدس بشكل كثيف. تتمثل هذه الفعالية في عدد الخطوات اللازمة من أجل إيجاد القاسم المشترك الأكبر المراد حسابه. أول تحليل لفعالية الخوارزمية يرجع إلى العالم غيينو، (كان ذلك عام 1811)، حيث أثبت أنه أثناء حساب القاسم المشترك الأكبر للعددين u و v، عدد الخطوات اللازمة، لا يمكن أن يتجاوز v. وزاد فيما بعد هذا البرهانَ دقة عندما برهن أن هذا العدد لا يمكن أن يتجاوز v/2 +2.

انظر إلى بيير جوزيف إتيان فينك وإلى إيميل ليجي وإلى غابرييل لامي.

في النظم العددية الأخرى

الأعداد الجذرية والأعداد الحقيقية

متعددات الحدود

الأعداد الطبيعية الغاوسية

توزيع الأعداد الطبيعية الغاوسية u + vi في المستوى العقدي، من معايير u² + v² أصغر من 500

المجالات الإقليدية

الحلقات غير التبادلية

تعميمات إلى بُنى رياضياتية أخرى

يمكن أن تطبق الخوارزمية الإقليدية في نظرية العقد.^[1]

مراجع

• من كتاب مقدمة في التشفير بالطرق الكلاسيكية

وصلات خارجية

موسوعات ذات صلة :

• موسوعة خوارزميات
• موسوعة رياضيات
• موسوعة علم الحاسوب
• موسوعة نظرية الأعداد