数学问题(四)——素数

这篇博客探讨了如何高效地判断一个整数是否为素数,包括基础的整除法、剪枝优化以及筛法。通过缩小尝试范围、利用素数特性减少计算量,实现了算法的优化。此外,还提供了具体的C++代码示例,展示了基础判断、剪枝优化和埃拉托斯特尼筛法的实现细节。

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方法

  • 最基础就是使用小于该整数的所有整数去试着整除这个数 n n n
  • 进一步,将尝试范围缩小到 n \sqrt{n} n
  • 使用筛法,找出范围内的所有素数
    • 找到一个素数,就将它的所有倍数均标记为非素数
    • 若遍历到某个数是,若未被任何小于它的素数标记为非素数,则它为素数

代码

基础

bool isPrime(int n){
	if(n == 0 || n == 1) return false;
	for(int i = 2; i * i <= n; i++)
		if(n % i == 0) return fasle;
	return true;
}

在基础之上剪枝

bool isPrime(int n){
    if (n <= 3)   
        return n > 1; 
    if (n % 6 != 1 && n % 6 != 5)   
        return false;   
    int sq = sqrt(n);
    for (int i = 5; i <= sq; i += 6)
        if (n % i == 0 || n % (i + 2) == 0)        
            return false;   
    return true;
}

筛法

bool isPrime[MAX];  // 标记数组
vector<int> prime;  // 素数数组

void Initial(){
    for (int i = 0; i < MAX; i++)
        isPrime[i] = true;
    isPrime[0] = false;
    isPrime[1] = false;
    for (int i = 2; i < MAX; i++){
        if (!isPrime[i])
            continue;
        prime.push_back(i);
        for (int j = i * i; j < MAX; j += i)
            isPrime[j] = false;
    }
    return ;
}

对上述代码的几点说明

  • 其中prime数组是升序排列的
  • 第二层for循环中j = i * i开始是因为在前面的遍历中,2i,3i,...,(i-1)*i(如果i-1也是素数的话)已经被置为非素数了,所以不必要再从i开始
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