埃氏筛法,线性筛

线性筛的思路:
从1开始到n,从头依次找素数,用已经找到的素数去标记后面的合数(素数乘以素数等于合数),记录已经找到的素数,排除后面的合数。
这句话埃氏筛法也可以这么说。
线性筛和埃氏筛的区别就是:
每个数只会被标记一次。

首先来看下埃氏筛法吧:
埃氏算法的思路:找到一个素数,就把这个素数的所有倍数都标记(素数的倍数自然是合数)。比如找到素数2,那就把后面的4,6,8,10,12…都标记上。

#include<stdio.h>
int check[100000]={0};
void f(int *check,int n){
	for(int i=2;i*i<=n;i++){
		if(!check[i]){//如果i数素数的话
			for(int j=i*i;j<=n;j+=i){
			//j=i*i开始,因为比i小的数已经被把比i小的数的倍数筛去了
				check[j]=1;
			}
		}
	}
}
int main(){
	int n;
	scanf("%d",&n);
	f(check,n);
	for(int i=2;i<=n;i++){
	//0和1均不为素数,所以i从2开始
		if(!check[i])printf("%d\n",i);
	}
}

从代码可以看到埃式算法的弊端:即一个数可能被多次标记。比如6既会被2筛去一次,也会被3筛去一次。
那么改进的方法就是让每个合数只会被它的最小质因数筛去,这样每个合数就只会被标记一次了。
只会被最小质因子筛去,那倒过来想就就只拿最小质因子乘以某数(这个某数不能是最小质因子的倍数)得到某合数,而且顺序规定为大乘小,这样标记就不会重复两次。

这样就只会出现3✖2筛去合数6,而不会出现2✖3筛去合数6。
埃氏筛法更像用加法在筛,而线性筛就是用乘法在筛。

上代码,代码块之后有代码的解释:

//check[i]数组用来标记i是否是合数
//prime数组用来记录从2到n的素数
#include<stdio.h>
int tot=0;//记录素数个数
void f(int *check,int *prime,int n){
	for(int i=2;i<n;i++){
		if(!check[i])prime[tot++]=i;
		for(int j=0;j<tot;j++){
			if(i*prime[j]>n)break;
			check[i*prime[j]]=1;
			if(i%prime[j]==0)break;
		}
	}
}

int main(){
	int prime[100000];
	int check[100000]={0};
	int n;
	scanf("%d",&n);
	f(check,prime,n);
	for(int i=0;i<tot;i++)
	printf("%d\n",prime[i]);
}

看代码,进入第一个for循环,从2到n开始找素数
进入 if 语句。
如果 i 为素数,prime数组存入 i ,tot加一
进入第二个for循环,从prime数组用 j 来循环现存的第一个数到最后一个数。
进入此循环的第一个 if 语句,如果 i 和 prime[j]的乘积大于n,跳出该循环。
否则 check数组标记数 i * prime[j] 为合数。
进入此循环的第二个 if 语句,如果 i 是prime[j]的倍数,则跳出该循环,i 不用再和prime[j]以后的素数相乘了。

举个例子:
i=9 , prime[j]=3时,i 是 prime[j]的倍数,那么跳出循环,9不用再和prime[j+1]=5相乘了。如果相乘,5✖9=5✖3✖3=15✖3=45,那么会被3筛去一次,也会被5筛去一次。9乘以3后面的素数,就是在重复3后面会做的工作。
所以一旦这个数是某个素数的倍数,就不要再拿这个数去和该素数后面的素数相乘了。
再上一次线性筛代码,方便配合解释代码的文字理解

//check[i]数组用来标记i是否是合数
//prime数组用来记录从2到n的素数
#include<stdio.h>
int tot=0;//记录素数个数
void f(int *check,int *prime,int n){
	for(int i=2;i<n;i++){
		if(!check[i])prime[tot++]=i;
		for(int j=0;j<tot;j++){
			if(i*prime[j]>n)break;
			check[i*prime[j]]=1;
			if(i%prime[j]==0)break;
		}
	}
}

int main(){
	int prime[100000];
	int check[100000]={0};
	int n;
	scanf("%d",&n);
	f(check,prime,n);
	for(int i=0;i<tot;i++)
	printf("%d\n",prime[i]);
}


埃氏筛法(Eratosthenes筛法)和线性筛法(Linear Sieve)都是用于求解素数的算法。它们的主要区别在于筛选过程中的操作不同。 1. 埃氏筛法埃氏筛法是一种古老的求解素数的算法,由古希腊数学家拉托斯特尼(Eratosthenes)提出。它的基本思想是从2开始,将所有2的倍数标记为非素数,然后找到下一个未被标记的数(即3),将所有3的倍数标记为非素数,依此类推。最后留下的未被标记的数就是素数。 C++实现埃氏筛法的代码如下: ```cpp #include <iostream> #include <vector> using namespace std; const int N = 1000000;vector<int> is_prime(N, true); void sieve_of_eratosthenes() { is_prime = is_prime = false; for (int i = 2; i * i < N; ++i) { if (is_prime[i]) { for (int j = i * i; j < N; j += i) { is_prime[j] = false; } } } } int main() { sieve_of_eratosthenes(); for (int i = 2; i < N; ++i) { if (is_prime[i]) { cout << i << " "; } } return 0; } ``` 2. 线性筛法:线性筛法是一种改进的埃氏筛法,它将筛选过程从平方根优化到线性时间。线性筛法的基本思想是对于每个素数p,筛选出所有小于等于p^2的合数。这样可以减少筛选的次数,提高效率。 C++实现线性筛法的代码如下: ```cpp #include <iostream> #include <vector> using namespace std; const int N = 1000000; vector<int> is_prime(N, true); vector<int> primes; void linear_sieve() { is_prime = is_prime = false; for (int p = 2; p * p < N; ++p) { if (is_prime[p]) { for (int i = p * p; i < N; i += p) { is_prime[i] = false; } } } for (int p = 2; p < N; ++p) { if (is_prime[p]) { primes.push_back(p); } } } int main() { linear_sieve(); for (int i = 0; i < primes.size(); ++i) { cout << primes[i] << " "; } return 0; } ``` 这两种算法都可以有效地求解素数,但线性筛法相对于埃氏筛法在筛选次数上有很大优势。
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