Codevs2461反质数

本文介绍了一种求解特定条件下的最小反质数的方法。通过DFS深度优先搜索结合质因数分解,确保找到的反质数具有尽可能多的因子且数值最小。文章详细解释了算法思路,并给出了具体实现代码。

http://codevs.cn/problem/2461/

Codevs2912,洛谷P1463与此题完全相同….
虽然分别是06浙江07河南和05山东的省队选拔赛题目…..
注意题目有问题..是求最小的反质数

思路
首先要明确一个结论:
某一个数的因子数 = 组成这个数的各质因子数的次数+1的乘积。可以由唯一分解定理和乘法原理得到。
这是我们统计因子数的计算式。
那么我们就将一个反质数看作选取了质因子数及质因子数的次幂的乘积,DFS确定选取方案
然后为了在因子数尽量多的前提下,使答案尽量小,对于一个反质数,则可使较小因子的次数尽量大
——实现为:质因子从小到大选取,且后一质因子选取的次数小于前一质因子,且使总的质因子数尽量大。
对于质因子,我们可以事先写出一些质数使用,我们发现,若每个质因子都只选一个…选了12个质因子相乘之积便>2*10^9了,故x只需选取至第11个质数即可,我们的质数表也只需写至11位(这里写了13位,足够1-10^16范围使用,无伤大雅)。
应该注意的一点是,我们(打表)发现,随着n的增长范围内反质数的因子数也随之增多..故质数表必须随之n值增大而增大

代码

#include<cstdio>
#include<cstdlib>
#include<cstring>
#include<iostream>
using namespace std;
long long n,maxd,ans;
int prime[]={0,2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41};
void dfs(int x,long long sum,long long nowd,long long Limit)
//第几个质数,质数乘积,sum的因子数,质因子次数限制(质因子由小到大,后面的质因子次数一定小于前面的) 
{
    if (nowd>maxd||(nowd==maxd&&sum<ans))//因子数更多或因子数相同但反质数小
    maxd=nowd,ans=sum;
    if(x>11)
    return;
    for (int i=1;sum*prime[x]<=n&&i<=Limit;i++)
    dfs(x+1,sum*=prime[x],nowd*(i+1),i);//注意nowd的统计方法
}
int main()
{
    scanf("%lld",&n);
    ans=1;
    if(n>1)
    dfs(1,1,1,1e9);
    printf("%lld\n",ans);
    return 0;  
} 

这个题在之前的 >NOIP2017清北综合强化试题< Day6 Problem 1中就以写到,但写的较为粗略和模糊,这一篇就算是对这个题的细致补充吧。

<think>我们被要求回答关于素数的问题,包括定义、性质和应用。同时,根据引用内容,我们可以总结如下: ### 定义 素数(Anti-prime)的定义:对于一个正整数$x$,记$g(x)$为$x$的约数个数。如果对于任意满足$1 \leq i < x$的正整数$i$,都有$g(i) < g(x)$,那么$x$就称为素数[^3]。也就是说,素数是在其之前的所有正整数中,约数个数最多的那个数(并且是最小的一个,因为如果存在一个更小的数有相同的约数个数,那么它就不满足条件)。 ### 性质 1. **质因子的连续性**:素数的质因子必然是从2开始的连续质数(即2, 3, 5, 7, ...)[^2]。 2. **质因子指数的单调递减**:素数的质因子的指数是单调递减的。即如果素数$x$分解为质因数的形式为$x = 2^{t_1} \times 3^{t_2} \times 5^{t_3} \times \cdots$,那么$t_1 \geq t_2 \geq t_3 \geq \cdots$[^2]。 3. **质因子数量和指数总和的范围**:在int范围内($0$到$2^{31}-1$),素数的不同质因子个数不会超过10个,且所有质因子的指数总和不超过30[^1]。对于long long范围($0$到$2^{63}-1$),不同质因子个数不会超过16个,指数总和不超过60左右(但具体上界可能稍有不同,但题目中给出不超过16个质因子)。 ### 应用 1. **寻找约数个数最多的数**:素数常用于在一定区间内找到约数个数最多的那个数(或者最小的那个)。例如,在给定区间$[1, N]$内,我们可能需要找到约数个数最多的数,那么素数就是其中一个候选(并且是最小的那个,但注意可能不止一个数有相同的最大约数个数,素数是最小的那个)。 2. **密码学**:虽然素数本身在密码学中并没有直接应用,但质数的性质在密码学中非常重要(如RSA加密算法)[^4]。而素数的构造依赖于质因数分解,因此与质数的性质密切相关。 3. **算法竞赛题目**:素数经常出现在算法竞赛中,要求求解在给定范围内约数个数最多的数,或者求解第k个素数等。 ### 举例 - 最小的几个素数:1(约数1个),2(约数2个),4(约数3个),6(约数4个),12(约数6个),24(约数8个),36(约数9个)等。 ### 如何求素数? 通常,我们可以通过深度优先搜索(DFS)来枚举素数。由于素数的质因子是连续的,且指数递减,我们可以利用这些性质进行剪枝。 #### 算法步骤(以在[1, N]内求约数个数最多的最小数为例): 1. 预处理出需要用到的连续质数(例如前16个质数)。 2. 从最小的质数(2)开始,枚举每个质数的指数(指数从大到小,且不超过上一个质数的指数,同时保证乘积不超过N)。 3. 在搜索过程中,记录当前数的约数个数。如果当前数比之前记录的约数个数更多,或者约数个数相等但数值更小,则更新答案。 ### 代码框架(C++) ```cpp #include <iostream> using namespace std; typedef long long LL; const int INF = 0x3f3f3f3f; // 前16个质数 const int primes[] = {2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47, 53}; LL n; LL best_num; // 约数个数最多的最小数 LL best_sum; // 最多的约数个数 // depth: 当前深度,即当前枚举到第几个质数(从0开始) // now: 当前数的值 // sum: 当前数的约数个数(等于各指数+1的乘积) // limit: 上一个质数的指数,限制当前质数的指数不超过limit(为了满足单调递减) void dfs(int depth, LL now, LL sum, int limit) { // 如果约数个数更多,或者约数个数相同但数更小,则更新 if (sum > best_sum || (sum == best_sum && now < best_num)) { best_sum = sum; best_num = now; } if (depth >= 16) return; for (int i = 1; i <= limit; i++) { // 指数i从1开始,因为0次方已经在上一层考虑(实际上我们不会乘0次) // 乘上i个当前质数 if (now * primes[depth] > n) break; // 超过范围 now *= primes[depth]; // 继续搜索:深度+1,当前值,约数个数乘以(i+1),下一次的指数限制为i(因为要单调递减) dfs(depth+1, now, sum*(i+1), i); } } int main() { cin >> n; best_num = 1; best_sum = 1; // 初始:深度0,当前数1,当前约数个数1,指数限制为60(足够大,但实际不会超过) dfs(0, 1, 1, 60); cout << best_num << " with " << best_sum << " divisors" << endl; return 0; } ``` 注意:上面的代码中,我们只考虑了单调递减的情况,但注意,在DFS中我们通过传递`limit`参数(即上一个质数的指数)来保证当前质数的指数不超过上一个(即递减)。同时,我们枚举当前质数的指数从1开始(因为0次方已经在上一层考虑过了?实际上,我们在上一层已经枚举了当前质数指数为0的情况(即不乘当前质数)?然而,在DFS中,我们并没有显式枚举指数0,所以我们需要在循环中从1开始。但是,实际上我们初始状态也是考虑了不乘任何质数的情况(初始状态为1)。另外,我们每一层都乘了当前质数至少一次。 然而,上述代码有一个小问题:我们在进入循环之前,当前质数还没有乘,所以循环中第一次乘就是1次方。但是,我们也可以考虑当前质数指数为0的情况(即跳过当前质数),但我们的DFS设计是在递归到下一层时,下一层会跳过该质数(通过枚举下一个质数)?实际上,我们并没有跳过当前质数,而是必须乘至少一次。因此,我们需要在DFS中处理跳过当前质数的情况吗?不需要,因为跳过当前质数相当于指数0,而我们已经通过递归到下一层(depth+1)来实现了跳过当前质数(因为下一层会枚举下一个质数)。因此,我们只需要在每一层中枚举当前质数的指数(至少1次)即可。 但是,我们还需要考虑当前质数完全不选(即指数0)的情况,这个情况在递归进入下一层时会被覆盖吗?注意,在进入当前DFS函数后,我们首先会更新答案(当前状态,即没有乘任何当前质数,也就是上一层传下来的now和sum)。然后,我们进入循环,循环中我们乘了当前质数。而下一层递归也会做同样的事情(先更新答案,再乘下一个质数)。所以,当前状态(不乘当前质数)在进入函数时已经被记录,然后我们通过递归下一层来枚举跳过当前质数的情况(因为下一层会处理下一个质数)。所以,不需要再单独处理指数0的情况。 ### 总结 素数是一个在约数个数上具有极大性的正整数。通过其性质(质因子连续、指数递减)我们可以用DFS搜索来求解特定范围内的素数。 §§相关问题§§ 1. 素数和高度合成数(highly composite numbers)有什么关系? 2. 如何证明素数的质因子必须连续? 3. 素数在算法竞赛中的典型题目有哪些? </think>### 素数详解 #### **1. 定义** 素数(Anti-prime)是满足以下特性的正整数: - 设 $g(x)$ 表示 $x$ 的约数个数 - 若对任意 $i$($1 \leq i < x$),都有 $g(i) < g(x)$ 则称 $x$ 为素数[^3]。 **本质**:在给定范围内,素数是最小的、拥有最多约数个数的正整数(例如 6 是最小的有 4 个约数的数)。 --- #### **2. 核心性质** ##### **(1) 质因子连续性** 素数的质因子必须是**连续的质数**(从 2 开始): $$x = 2^{t_1} \times 3^{t_2} \times 5^{t_3} \times \cdots \times p_k^{t_k}$$ 其中 $p_k$ 是第 $k$ 个质数(如 $p_1=2, p_2=3$)[^2]。 ##### **(2) 指数单调递减性** 质因子的指数满足非严格递减: $$t_1 \geq t_2 \geq t_3 \geq \cdots \geq t_k \geq 0$$ 例如 $5040 = 2^4 \times 3^2 \times 5^1 \times 7^1$,指数 $4 \geq 2 \geq 1 \geq 1$[^2]。 ##### **(3) 数值范围限制** - **int 范围**($<2^{31}$):质因子 $\leq 10$ 个,指数总和 $\leq 30$[^1] - **long long 范围**($<2^{63}$):质因子 $\leq 16$ 个,指数总和 $\leq 60$ --- #### **3. 应用场景** 1. **算法竞赛优化** - 用于求解"区间内约数最多的数"类问题(如 Project Euler 502) - 典型题目:给定 $[1,N]$,求约数个数最多的最小整数 2. **密码学关联** - 虽非直接应用,但依赖质因数分解特性(如 RSA 加密依赖大数分解)[^4] - 素数构造过程涉及高效质因子分配算法 3. **数学理论研究** - 与**高度合成数**(Highly Composite Numbers)概念高度重合 - 用于研究数论函数的极值问题 --- #### **4. 求解算法(DFS 框架)** ```python primes = [2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29] # 连续质数序列 def dfs(depth, num, divisors, last_exp): """ depth: 当前质因子索引 num: 当前累积值 divisors: 当前约数个数 last_exp: 上一个质因子的指数 """ if divisors > max_divisors or (divisors == max_divisors and num < best_num): update_global_best(num, divisors) # 更新最优解 if depth >= len(primes): return for exp in range(1, last_exp + 1): # 指数递减 num *= primes[depth] if num > N: break dfs(depth + 1, num, divisors * (exp + 1), exp) # 递归搜索 ``` **剪枝关键**:指数单调递减 + 质因子连续[^5] --- #### **5. 经典案例** | 素数 $x$ | 质因数分解 | $g(x)$ | 特性说明 | |------------|-----------------|--------|------------------------| | 1 | $1$ | 1 | 最小素数 | | 6 | $2 \times 3$ | 4 | 最小有4个约数的数 | | 60 | $2^2×3×5$ | 12 | 1~60内约数最多的数 | | 5040 | $2^4×3^2×5×7$ | 60 | 高度合成数 | --- #### **6. 与普通素数的区别** | 特性 | 素数 | 素数 | |--------------|--------------------------|----------------------------| | **定义核心** | 仅被1和自身整除 | 约数个数局部极大值 | | **关联性** | 素数的质因子是素数 | 依赖素数序列构造 | | **应用方向** | 密码学、数论基础 | 算法优化、极值问题 |
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值