1007. 素数对猜想 (20)

本文介绍了一种计算满足素数对猜想的程序设计方法,即寻找差值为2的素数对的数量。通过有效的素数判断算法和合理的数据结构组织,确保了在给定范围内快速准确地找到所有符合条件的素数对。

让我们定义 dn 为:dn = pn+1 - pn,其中 pi 是第i个素数。显然有 d1=1 且对于n>1有 dn 是偶数。“素数对猜想”认为“存在无穷多对相邻且差为2的素数”。

现给定任意正整数N (< 105),请计算不超过N的满足猜想的素数对的个数。

输入格式:每个测试输入包含1个测试用例,给出正整数N。

输出格式:每个测试用例的输出占一行,不超过N的满足猜想的素数对的个数。

输入样例:
20
输出样例:
4


#include <stdio.h>



int judge(int a){
    if(a % 2 == 0 && a != 2)return 0; 
    for(int i = 3; i * i <= a; i++)if(a % i == 0)return 0;    
    return a != 1;
}


int main(void){
  int num=0;
  int a[50001]={0};
  scanf("%d",&num);
  int cnt=1;
  a[0]=2;
  for(int i=3;i<=num;i+=2)if(judge(i)==1)a[cnt++]=i;
  int sum=0;
  for(int j=0;j<=(cnt-2);j++){
      if((a[j+1]-a[j])==2)sum++;
  }
  printf("%d",sum);
  return 0;

}




#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <malloc.h>


int prime(int a[],int n)  
{  
    int i,j,k,x,num,*b;  
    n++;  
    n/=2;  
    b=(int *)malloc(sizeof(int)*(n+1)*2);  
    a[0]=2;  
    a[1]=3;  
    num=2;  
    for (i=1;i<=2*n;i++)  
        b[i]=0;  
    for (i=3;i<=n;i+=3)  
        for (j=0;j<2;j++)  
        {  
            x=2*(i+j)-1;  
            while (b[x]==0)  
            {  
                a[num++]=x;  
                for (k=x;k<=2*n;k+=x)  
                    b[k]=1;  
            }  
        }  
    return num;  
}  


int main(void){
  int num=0;
  int a[50001]={0};
  scanf("%d",&num);
  a[0]=2;
  int cnt=prime(a,num);
  int sum=0;
  for(int j=0;j<=(cnt-2);j++){
      if((a[j+1]-a[j])==2)sum++;
  }
  printf("%d",sum);
  return 0;
}




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#include <stdio.h>

int isprime(int n)  
{  
    for (int i=2;i<=sqrt(n);i++)  
    {  
        if (n%i==0)  
            return 0;  
    }  
    return 1;  
}

int main(void){
  int num=0;
  int a[50001]={0};
  scanf("%d",&num);
  int cnt=1;
  a[0]=2;
  for(int i=3;i<=num;i+=2)if(isprime(i)==1)a[cnt++]=i;
  int sum=0;
  for(int j=0;j<=(cnt-2);j++){
      if((a[j+1]-a[j])==2)sum++;
  }
  printf("%d",sum);
  return 0;
}

### 素数猜想的算法实与证明 素数猜想(也称为孪生素数猜想)是一个经典的数学问题,它关注的是相差为2的素数对的数量。根据引用内容[^1]、[^2]、[^3]、[^4]、[^5],以下是关于素数猜想的详细信息、算法实以及相关证明。 #### 1. 素数猜想的基本概念 素数猜想的核心在于寻找两个相邻素数之间的差值是否为2。例如,(3, 5)(5, 7)(11, 13)等都是素数对。根据定义,素数对的判断需要先确定一个数是否为素数,然后检查其后继数(相差2)是否也为素数。 #### 2. 判断素数的算法 在实素数猜想之前,首先需要一个高效的素数判断算法。以下是一个基于平方根优化的素数判断函数: ```python import math def is_prime(num): if num < 2: return False if num == 2: return True if num % 2 == 0: return False for i in range(3, int(math.sqrt(num)) + 1, 2): if num % i == 0: return False return True ``` 该函数通过排除小于2的数和偶数,并利用平方根优化减少了必要的计算,从而提高了效率[^2]。 #### 3. 素数猜想的算法实 基于上述素数判断函数,可以实素数猜想的算法。以下是一个Python实示例: ```python def count_prime_pairs(N): count = 0 for i in range(2, N - 1): if is_prime(i) and is_prime(i + 2): count += 1 return count N = int(input("输入上限值N: ")) result = count_prime_pairs(N) print(result) ``` 该算法通过遍历从2到N-1的所有整数,逐一检查是否存在素数对,并统计总数[^4]。 #### 4. 算法的时间复杂度分析 上述算法的时间复杂度主要由素数判断函数决定。对于每个数`i`,素数判断函数的时间复杂度为O(√i),因此整体时间复杂度为O(N * √N)[^5]。 #### 5. 素数猜想的数学证明 目前,素数猜想尚未被完全证明。然而,数学家们已经提出了许多支持该猜想的理论依据。例如,根据素数定理,随着数字增大,素数的分布逐渐稀疏,但仍然存在无穷多个素数对的可能性。此外,Hardy-Littlewood猜想提供了一个关于素数对分布的精确公式[^1]。 #### 6. C语言实示例 以下是一个C语言版本的素数猜想: ```c #include <stdio.h> #include <math.h> int is_prime(int n) { if (n < 2) return 0; if (n == 2) return 1; if (n % 2 == 0) return 0; for (int i = 3; i <= sqrt(n); i += 2) { if (n % i == 0) return 0; } return 1; } int main() { int N, count = 0; scanf("%d", &N); for (int i = 2; i < N - 1; i++) { if (is_prime(i) && is_prime(i + 2)) { count++; } } printf("%d\n", count); return 0; } ``` #### 7. 总结 素数猜想的算法实依赖于高效的素数判断方法。通过结合平方根优化和逐步验证,可以有效地统计给定范围内的素数对数量。尽管素数猜想尚未得到严格证明,但有的理论和实验结果均支持其正确性。
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