一般筛法求素数+快速线性筛法求素数

素数总是一个比较常涉及到的内容,掌握求素数的方法是一项基本功。

基本原则就是题目如果只需要判断少量数字是否为素数,直接枚举因子2 。。N^(0.5) ,看看能否整除N。

如果需要判断的次数较多,则先用下面介绍的办法预处理。

一般的线性筛法

首先先介绍一般的线性筛法求素数

void make_prime()  {
    memset(prime, 1, sizeof(prime));
    prime[0]=false;
    prime[1]=false;
    int N=31700;
    for (int i=2;  i<N;  i++)
      if (prime[i]) {
        primes[++cnt ]=i;
        for (int k=i*i; k<N; k+=i)
            prime[k]=false;
      }
    return;
} 

这种方法比较好理解,初始时,假设全部都是素数,当找到一个素数时,显然这个素数乘上另外一个数之后都是合数(注意上面的 i*i ,  比 i*2 要快点 ),把这些合数都筛掉,即算法名字的由来。

但仔细分析能发现,这种方法会造成重复筛除合数,影响效率。比如10,在i=2的时候,k=2*15筛了一次;在i=5,k=5*6 的时候又筛了一次。所以,也就有了快速线性筛法。

快速线性筛法

快速线性筛法没有冗余,不会重复筛除一个数,所以“几乎”是线性的,虽然从代码上分析,时间复杂度并不是O(n)。先上代码

#include<iostream>
using namespace std;
const long N = 200000;
long prime[N] = {0},num_prime = 0;
int isNotPrime[N] = {1, 1};
int main()
{
        for(long i = 2 ; i < N ; i ++)
        {
        if(! isNotPrime[i])
            prime[num_prime ++]=i;
        //关键处1
        for(long j = 0 ; j < num_prime && i * prime[j] <  N ; j ++)
            {
                isNotPrime[i * prime[j]] = 1;
            if( !(i % prime[j] ) )  //关键处2
                break;
        }
    }
    return 0;
} 

首先,先明确一个条件,任何合数都能表示成一系列素数的积。

不管 i 是否是素数,都会执行到“关键处1”,

①如果 i 都是是素数的话,那简单,一个大的素数 i 乘以不大于 i 的素数,这样筛除的数跟之前的是不会重复的。筛出的数都是 N=p1*p2的形式, p1,p2之间不相等

②如果 i 是合数,此时 i 可以表示成递增素数相乘 i=p1*p2*...*pn, pi都是素数(2<=i<=n),  pi<=pj  ( i<=j )

p1是最小的系数。

根据“关键处2”的定义,当p1==prime[j] 的时候,筛除就终止了,也就是说,只能筛出不大于p1的质数*i。

我们可以直观地举个例子。i=2*3*5

此时能筛除 2*i ,不能筛除 3*i

如果能筛除3*i 的话,当 i‘ 等于 i‘=3*3*5 时,筛除2*i‘ 就和前面重复了。

需要证明的东西:

  1. 一个数会不会被重复筛除。
  2. 合数肯定会被干掉。

根据上面红字的条件,现在分析一个数会不会被重复筛除。

设这个数为 x=p1*p2*...*pn, pi都是素数(1<=i<=n)  ,  pi<=pj ( i<=j )

当 i = 2 时,就是上面①的情况,

当 i >2 时, 就是上面②的情况, 对于 i ,第一个能满足筛除 x 的数  y 必然为 y=p2*p3...*pn(p2可以与p1相等或不等),而且满足条件的 y 有且只有一个。所以不会重复删除。

证明合数肯定会被干掉? 用归纳法吧。

类比一个模型,比如说我们要找出 n 中2个不同的数的所有组合 { i , j } ,1<=i<=n, 1<=j<=n,

我们会这么写

for (i=1; i<n; ++i )

for (j=i+1; j<=n; ++j)

{

/////

}

我们取 j=i+1 便能保证组合不会重复。快速筛法大概也是这个道理,不过这里比较难理解,没那么直观。

1楼提供的方法,我整理下

//偶数显然不行,所以先去掉偶数。可以看作上面第一种的优化吧。

//不过这种方法不太直观,不太好理解。

我推荐这个算法! 易于理解。 只算奇数部分,时空效率都还不错!
half=SIZE/2;
int sn = (int) sqrt(SIZE);
for (i = 0; i < half; i++)
   p[i] = true;// 初始化全部奇数为素数。p[0]对应3,即p[i]对应2*i+3
for (i = 0; i < sn; i++) {
if(p[i])//如果 i+i+3 是素数
{
    for(k=i+i+3, j=k*i+k+i; j < half; j+=k)
    // 筛法起点是 p[i]所对应素数的平方 k^2
    // k^2在 p 中的位置是 k*i+k+i
    //    下标 i         k*i+k+i
    //对应数值 k=i+i+3   k^2
    p[j]=false;
}
}
//素数都存放在 p 数组中,p[i]=true代表 i+i+2 是素数。
//举例,3是素数,按3*3,3*5,3*7...的次序筛选,因为只保存奇数,所以不用删3*4,3*6.... 
时间: 2024-10-05 21:50:04

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素数的一般筛法和快速线性筛法

一般筛法: 1 void prime() { 2 memset(vis, true, sizeof(vis)); 3 vis[0] = vis[1] = false; 4 for (int i = 2; i < maxn; i++) { 5 for (int j = 2; i * j < maxn; j++) { 6 vis[i * j] = false; 7 } 8 } 9 } 快速线性筛法: 1 int prime[N] = {0}: 2 bool isNotPrime[N] = {1,

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