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大数除法

 隐士的书屋 2022-10-01 发布于陕西

        大数除法,本人认为是我目前见过大数算法中最难的一个(仅仅是个人想法),它与之前的大数加法乘法减法不同,有些难理解,下面我一点一点的分析,讲解一下如何去实现大数除法。

       首先,我们要知道除法中,存在四个常用名称,被除数,除数,商,余数(例如:53 / 8 = 6 余 5  ;其中53 为被除数,8为除数,6为商,5为余数 )当然我们可能会要求直接得到商,保留几位小数(如:53 / 8 = 6.625)我们可以发现实际上小数部分0.625就是余数除以除数的结果(5 / 8 = 0.625 ),所以在之后的讨论中,我们只讨论如何得到商和余数。

      一般我们在做除法问题时,也就是说数据类型之内的数之间的除法运算,我们一般会这样去写:

#include<stdio.h>
int main()
{
    long long n,m,mer,rem;
    scanf("%lld %lld",&n,&m);
    if(n<m)   //被除数小于除数,商为0,余数为m
    {
        printf("商:0\n余数:%d\n",m);
    }
    if(n==m)  //两数相等,商为1,余数为0
    {
        printf("商:1\n余数:0\n");
    }
    if(n>m)   //被除数大于除数
    {
        for(int i=1;;i++)
        {
            n=n-1;
            if(n%m==0)
            {
                mer=n/m;
                rem=i;
                break;
            }
        }
        printf("商:%lld\n余数:%lld\n",mer,rem);
    }
    return 0;
}

这是除法的一般方法,我们在计算的时候,首先要考虑,输入的被除数是否比除数大,如果比除数小或者两数相等,那么就可以直接得到商和余数了,这就不用在解释了吧,如果被除数比除数大,那么我们就把被除数放循环里,每次减1,直到能与除数整除。这是常规做法,是有限制的,我们所遇到的数必须是long long类型以内的数,如果比long long 大,就没办法算了。怎么办呢???

    下面步入正题。。。。

    由之前大数加法减法乘法中,我们可以知道,我们将大数以字符串的形式输入,然后再转化为数字,下面我截取了这部分代码,我们可以看到,首先以字符串的形式输入两个大数,然后分别得出两个大数的位数,最后再利用数组去倒序存储字符串中的每一个元素,并转化为数字,比如我之前举例说明的 53 和 8 ,那么存到数组中就是 x[0]=3,x[1]=5;  y[0]=8;  当然你也可以不倒置,直接顺序读入,但是在后面的计算过程中就会有一些变化,比如说得到的结果,倒置之后得到结果要去除前导0,不倒置得到的结果要去除后缀0。

    while(~scanf("%s %s",a,b))
    {
        len1=strlen(a);//被除数位数
        len2=strlen(b);//除数位数

        for(i=len1-1,j=0;i>=0;i--)//将字符串中各个元素倒序储存在数组中
        {
            x[j++]=a[i]-'0';//a[i]-'0'的意思是:a[i]是一个字符,如果为'1',那么在ASCLL是49,而'0'是48 ,所以 49 - 48 = 1,就转化成了数字
        }
        for(i=len2-1,k=0;i>=0;i--)
        {
            y[k++]=b[i]-'0';
        }

     目前,我们要知道,在大数里我们已经不能再用刚才的常规方法去计算了,那怎么去计算呢?这就需要转一下脑子了,将刚才的除法思想转变为减法思想,举个栗子:(一般我们计算7除以2等于3余1( 7 / 2 = 3 余 1)),现在变成减法思想( 7 / 2 → 7 - 2 - 2 - 2 = 1 →减了3次,1比2小,不能再减了,即得到 7 / 2 = 3 余 1)怎么样?脑子转过来了吗?如果还不行,你再用其他例子试试,理解了再往下看

    现在我们就将除法变成减法了(开始上车了),再用 550 和 24 拿过来举个栗子( 550-24-24-24-....-24 = 22)一共减了22次24,最后余22,你可能会说,这太暴力了吧,哈哈哈哈哈,当然不啊,下面请看下图:

( 550 / 24 = 22 余 22 )(开始开车了),通过上图,你发现了什么?商为22,我们减了4次24,百位数字减两次,十位数字减两次,最后余22,这就比开始我们减了22次要快多了吧。所以我们只需要使 被除数与除数位数相同,然后相减就可以了,(例如550 - 240 -240 - 24 - 24 = 22),位数不同时在除数后面补0。例如: 53 - 8,要用5-8,先补位,变成53-80,因为倒置了,即35-08,最后计算过后得到的结果是商为06,余数为05,去除前缀0 ,就得到最终结果了。

   如果你理解了上面的思路,那么现在咱们来详细的分析一下大数除法的实现过程:

  1.     首先,要定义两个字符串来存储大数,另外还需要两个数组来转化之后的被除数,除数,并且再定义两个数组来存储商和余数。好了,开始输入两个大数,然后计算两个大数的位数,分别用len1,len2存储。之后开始将字符串转化为数字。
  2.    然后,我们就要判断利用位数的大小来判断被除数和除数的大小,如果len1<len2,显然被除数小于除数,就可以直接得出结果了,如果被除数的位数大于或者等于除数的位数,就无法直接判断大小了,下面就需要进行计算了。先将除数后补0,将两个大数位数相同,注意如何补0,我们一开始存的是x[0]=3;x[1]=5;y[0]=8;在8的前面补0。
  3. 然后就开始进入计算过程,首先初始化表示商的数组(z[ ]),然后就判断两个数之间的关系以及位数与除数位数的关系,满足条件,进行减法运算,若不满足条件,将除数位数减1,即去0,循环直到得出结果。

    4.  对得到的结果进行去除前缀0操作,输出结果。

代码如下:

#include<stdio.h>
#include<string.h>

char a[100],b[100];//用两个字符串用来输入两个大数

int x[100],y[100],z[100],m[100];//被除数  除数  商  余数

int digit;  //大数的位数

void sub(int x[],int y[],int len1,int len2)//大数减法
{
    int i;
    for(i=0;i<len1;i++)
    {
        if(x[i]<y[i])
        {
            x[i]=x[i]+10-y[i];
            x[i+1]--;
        }
        else
            x[i]=x[i]-y[i];
    }
    for(i=len1-1;i>=0;i--)//判断减法结束之后,被除数的位数
    {
        if(x[i])
        {
            digit=i+1;
            break;
        }
    }
}
int judge(int x[],int y[],int len1,int len2)
{
    int i;
    if(len1<len2)
        return -1;
    if(len1==len2)//若两个数位数相等
    {
        for(i=len1-1;i>=0;i--)
        {
            if(x[i]==y[i])//对应位的数相等
                continue;
            if(x[i]>y[i])//被除数 大于 除数,返回值为1
                return 1;
            if(x[i]<y[i])//被除数 小于 除数,返回值为-1
                return -1;
        }
        return 0;//被除数 等于 除数,返回值为0
    }
}
int main()
{
    int i,j=0,k=0,temp;
    int len1,len2,len;//len两个大数位数的差值

    while(~scanf("%s %s",a,b))
    {
        len1=strlen(a);//被除数位数
        len2=strlen(b);//除数位数

        for(i=len1-1,j=0;i>=0;i--)//将字符串中各个元素倒序储存在数组中
        {
            x[j++]=a[i]-'0';
        }
        for(i=len2-1,k=0;i>=0;i--)
        {
            y[k++]=b[i]-'0';
        }

        if(len1<len2)//当被除数位数 小于 除数位数时
        {
            printf("商是:0\n");
            printf("余数是:");
            puts(a);
        }
        else //当被除数位数 大于或者等于 除数位数时
        {
            len=len1-len2;//两个大数位数的差值
            for(i=len1-1;i>=0;i--)//将除数后补零,使得两个大数位数相同。
            {

                if(i>=len)
                    y[i]=y[i-len];
                else
                    y[i]=0;
                
            }
            len2=len1;//将两个大数数位相同

            digit=len1; //将原被除数位数赋值给digit

            for(j=0;j<=len;j++)
            {
                z[len-j]=0;

                while(((temp=judge(x,y,len1,len2))>=0)&&digit>=k)//判断两个数的大小以及被除数位数与除数原位数的关系
                {
                    sub(x,y,len1,len2); //大数减法函数

                    z[len-j]++;//储存商的每一位

                    len1=digit;//重新修改被除数的长度

                    if(len1<len2&&y[len2-1]==0)
                        len2=len1;  //将len1长度赋给len2;
                }

                if(temp<0)//若被除数 小于 除数,除数减小一位。
                {
                    for(i=1;i<len2;i++)
                        y[i-1]=y[i];
                    y[i-1]=0;
                    if(len1<len2)
                        len2--;
                }
            }

            printf("商是:");
            for(i=len;i>0;i--)//去掉前缀0
            {
                if(z[i])
                    break;
            }
            for(;i>=0;i--)
                printf("%d",z[i]);
            printf("\n");

            printf("余数是:");
            for(i=len1;i>0;i--)
            {
                if(x[i])
                    break;
            }
            for(;i>=0;i--)
                printf("%d",x[i]);
            printf("\n");
        }
    }
    return 0;
}

大数加法:https://blog.csdn.net/ysz171360154/article/details/85006990

大数减法:https://blog.csdn.net/ysz171360154/article/details/88916100

大数乘法:https://blog.csdn.net/ysz171360154/article/details/88918627

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