Description
线性筛(欧拉筛)模板题
Solution
由于原题的素数筛取规模达到了10810^8108,故我们需要O(n)O(n)O(n)做法。
考虑埃氏筛的做法:虽然经过优化的埃氏筛复杂度达到了O(nloglogn)O(nloglogn)O(nloglogn),但还是存在合数被它的多个因子标记为合数。而线性筛的优点则在于每一个合数只会被筛一次且保证被筛掉。这样一来整个筛法的复杂度就可以降低到O(n)O(n)O(n)。
首先我们看筛法的代码:
memset(isprime,true,sizeof(isprime));
isprime[1]=false;
for(ri i=2;i<=n;++i)
{
if(isprime[i]) prime[++cnt]=i;
for(ri j=1;j<=cnt&&i*prime[j]<=n;++j)
{
isprime[i*prime[j]]=false;
if(i%prime[j]==0) break;
}
}
为了保证每一个数只会被其最小的因子筛掉,循环最外层iii枚举每一个≤n\le n≤n的数的除其本身外的最大因子(不是最大质因子)。然后,如果当前iii未被标记过,说明其为素数;之后,我们枚举当前筛出的所有素数(注意:当前筛出的素数显然小于等于iii)从而枚举满足如下条件的数:以当前iii为最大因子(除本身外)且保证primejprime_jprimej为最小因子的数。
接下来,我们解释一下第二层循环里的两个语句:
第一句:isprime[i∗prime[j]]=falseisprime[i*prime[j]]=falseisprime[i∗prime[j]]=false:由于比prime[j]prime[j]prime[j]小的所有素数都不是iii的因子(否则第二条语句会break),故prime[j]prime[j]prime[j]一定是i∗prime[j]i*prime[j]i∗prime[j]的最小质因子。筛掉;
第二句:如果发现当前prime[j]prime[j]prime[j]为iii的因子,由于循环枚举到了prime[j]prime[j]prime[j],故prime[j]prime[j]prime[j]一定是iii的最小质因子,那么如果再继续枚举当前筛出的素数,i∗prime[j+k](k>0)i*prime[j+k](k>0)i∗prime[j+k](k>0)的最小质因子为prime[j]prime[j]prime[j],不满足一个数只被筛一遍,故break。
最后,我们说明两点:在执行线性筛的过程中:
1、每一个合数一定会被筛掉:根据以上对内层循环体的解释,易证每一个合数都会被筛到(将任意合数分解为其最小质因子与最大非本身因子之积,最外层枚举到其最大非本身因子时该数会被筛掉且中途显然不会break)。
2、每一个数只被其最小质因子筛一遍:假设当前有一个数prime[i]∗prime[j]∗k(i<j)prime[i]*prime[j]*k(i<j)prime[i]∗prime[j]∗k(i<j),现在我们考虑它会不会通过prime[j]prime[j]prime[j]被筛掉:
如果其被prime[j]prime[j]prime[j]筛掉,那么其最大因子i=prime[i]∗ki=prime[i]*ki=prime[i]∗k,但由于prime[i]∗kprime[i]*kprime[i]∗k会在枚举到prime[i](prime[i]<prime[j])prime[i](prime[i]<prime[j])prime[i](prime[i]<prime[j])的时候被判断prime[i]∗kprime[i]*k%prime[i]==0prime[i]∗k从而导致循环break,故每一个数不会被除了其最小质因子之外的其它质因子筛掉。
由上述论述可得:线性筛的复杂度为O(n)O(n)O(n)。
Code
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<iostream>
#define ri register int
using namespace std;
const int MAXN=1e8;
int n,q,k,prime[MAXN>>4],cnt;
bool isprime[MAXN+20];
void Eula()
{
memset(isprime,true,sizeof(isprime));//根据实际需要去掉该句并翻转isPrime的含义
isprime[1]=false;
for(ri i=2;i<=n;++i)//枚举每部分合数的非本身最大因子
{
if(isprime[i]) prime[++cnt]=i;//未被标记即为质数
for(ri j=1;j<=cnt&&i*prime[j]<=n;++j)
{
isprime[i*prime[j]]=false;//标记合数
if(i%prime[j]==0) break;
//若继续枚举,接下来枚举到的数的最小因子为prime[j],不合法
}
}
}
int main()
{
scanf("%d%d",&n,&q);
Eula();
for(ri i=1;i<=q;++i)
{
scanf("%d",&k);
cout<<prime[k]<<'\n';
}
return 0;
}
本文介绍了如何使用线性筛(欧拉筛)优化素数查找,针对10^8规模的大规模问题,通过避免重复标记合数,达到O(n)的时间复杂度。核心讲解了线性筛的原理、代码实现及其实现细节。
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