完美数

博客介绍了完美数,即特殊自然数,其真因子和等于本身,不完美数分盈数和亏数。还阐述了完美数的重要性质,如能写成连续自然数之和等,给出部分完全数,介绍了欧拉推算的获得公式,并提及三种代码实现方式:暴力法、优化暴力法和推导公式法。

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完美数(又称完全数或完备数):是一些特殊的自然数,它所有的真因子(即除了自身以外的约数),恰好等于它本身。

完美数是很少的。其他的数是不完美数。不完美数可以分成两类:盈数和亏数。如果一个数它所有的真因子和大于该数本身,那么就称它为盈数;如果一个数它所有的真因子和小于该数本身,那么就称它为亏数。

一些重要性质:

1.完全数都能写成连续自然数之和。

   例如:6=1+2+3;28=1+2+3+...+6+7;496=1+2+3+...+30+31;8128=1+2+3…+126+127。

2.每个完全数的全部因数倒数之和都是2,因此每个完全数都是调和数。

   例如:1/1+1/2+1/3+1/6=2;1/1+1/2+1/4+1/7+1/14+1/28=2;1/1+1/2+1/4+1/8+1/16+1/31+1/62+1/124+1/248+1/496=2。

3.除了6以外的完全数,每个都可以表示成连续奇数的立方和。

   例如:28=1³+3^3;496=1^3+3^3+5^3+7^3;8128=1^3+3^3+5^3+……+15^3;33550336=1^3+3^3+5^3+……  

   +125^3+127^3。

4.每个完全数都可以表达成2的一些连续正整数次幂之和。

   例如:6=2^1+2^2;28=2^2+2^3+2^4;496=2^4+2^5+2^6+2^7+2^8;8128=2^6+2^7+2^8+2^9+2^10+2^11+2^12;             

    33550336=2^12+2^13+……+2^24。 

5.完全数都是以6或8结尾的。

6.位数字相加直到变成个位数,这个个位数一定是1。

   例如:28:2+8=10,1+0=1;496:4+9+6=19,1+9=10,1+0=1;8128:8+1+2+8=19,1+9=10,1+0=1; 

   33550336:3+3+5+5+0+3+6=28,2+8=10,1+0=1。

部分完全数:

6

28

496

8,128

33,550,336

8,589,869,056

137,438,691,328

2,305,843,008,139,952,128

2,658,455,991,569,831,744,654,692,615,953,842,176

191,561,942,608,236,107,294,793,378,084,303,638,130,997,321,548,169,216

13,164,036,458,569,648,337,239,753,460,458,722,910,223,472,318,386,943,117,783,728,128

推导公式:

大数学家欧拉曾推算出完全数的获得公式:如果p是指数,且2^p-1也是质数,那么(2^p-1)X2^(p-1)便是一个完全数。

例如p=2,是一个质数,2^p-1=3也是质数,(2^p-1)X2^(p-1)=3X2=6,是完全数。

例如p=3,是一个质数,2^p-1=7也是质数,(2^p-1)X2^(p-1)=7X4=28,是完全数。

例如p=5,是一个质数,2^p-1=31也是质数,(2^p-1)X2^(p-1)=31X16=496是完全数。

下面上代码:

1.暴力出奇迹

#include<set>
#include<map>
#include<cmath>
#include<vector>
#include<cstdio>
#include<string>
#include<cstdlib>
#include<cstring>
#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;
typedef long long LL;
int main()
{
    for(int i=2; i<=10000; i++)
    {
        int sum=0;
        for(int j=1; j<i; j++)
        {
            if(i%j==0)
            {
                sum+=j;
            }
            if(sum>i)

                break;
        }
        if(sum==i)
            printf("%d\n",i);
    }
    return 0;
}


2.优化暴力(因子求和)

直接暴力如果数据范围很大的话,效率很低。可以稍微优化,也可以说是计算因子和。

#include<set>
#include<map>
#include<cmath>
#include<vector>
#include<cstdio>
#include<string>
#include<cstdlib>
#include<cstring>
#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;
typedef long long LL;
int main()
{
    for(int i=2; i<=1000000; i++)
    {
        int sum=0;
        for(int j=1; j*j<=i; j++)
        {
            if(i%j==0)
            {
                sum+=j+i/j;
            }
        }
        if(sum==2*i)
            printf("%d\n",i);
    }
    return 0;
}


3.推导公式

公式:(2^p-1)X2^(p-1)p为质数。

#include<set>
#include<map>
#include<cmath>
#include<vector>
#include<cstdio>
#include<string>
#include<cstdlib>
#include<cstring>
#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;
typedef long long LL;
int main()
{
    int s[5]= {2,3,5,7,13};
    for(int i=0; i<=4; i++)
    {
        int m=(int)(pow(2.0,s[i])-1)*pow(2.0,s[i]-1);
        printf("%d\n",m);
    }
    return 0;
}


emmmm。。。一些定理定义来自于百度词条

<think>好的,我现在需要帮助用户解决如何用Python编写程序来求解完美的问题。首先,我得回忆一下什么是完美完美是指一个恰好等于它的真因子之和,比如6的真因子是1、2、3,而1+2+3=6,所以6是完美。接下来,用户需要的是方法或代码示例,所以我应该先解释完美的定义,再给出实现步骤。 首先,我得确定如何判断一个是否是完美。步骤应该是:对于给定的n,找出所有真因子(即除了n本身之外的约),然后求和,检查是否等于n。例如,28也是一个完美,它的真因子是1、2、4、7、14,相加为28。 接下来,我需要考虑如何高效地找出这些真因子。传统的方法是遍历从1到n-1的所有,检查是否能整除n。但这样效率不高,尤其是当n很大时。优化方法是遍历到sqrt(n),因为因子是成对出现的。例如,如果i是n的因子,那么n/i也是。但需要注意,当i等于n/i时,不要重复添加。这样可以减少循环次,提高效率。 不过,对于完美的判断来说,可能用户更倾向于简单易懂的实现,而不是最优化的方法,特别是如果用户是初学者的话。所以,可能需要提供一个基础版本和一个优化版本。 然后,用户可能需要生成一定范围内的完美。例如,找出10000以内的所有完美。这时候,可以循环遍历每个,然后调用判断是否为完美的函,收集结果。 另外,需要考虑完美的性质。已知的完美都是偶,与梅森素有关,但目前是否有奇完美尚未被发现。因此,在代码中可以针对偶进行处理,但为了全面性,可能还是需要检查所有。 接下来,编写代码。基础版本的函可能如下: def is_perfect(n): if n <= 1: return False sum_divisors = 0 for i in range(1, n): if n % i == 0: sum_divisors += i return sum_divisors == n 然后,生成完美的列表: perfect_numbers = [num for num in range(1, 10001) if is_perfect(num)] 但这种方法在n较大时效率很低,比如检查到10000可能需要较长时间。所以需要考虑优化。 优化后的版本可以减少循环次到sqrt(n),然后收集所有因子。例如: def is_perfect_optimized(n): if n <= 1: return False sum_divisors = 1 # 1是每个的因子 sqrt_n = int(math.sqrt(n)) for i in range(2, sqrt_n + 1): if n % i == 0: sum_divisors += i counterpart = n // i if counterpart != i: sum_divisors += counterpart return sum_divisors == n 但需要注意,这种方法是否正确?比如对于6,sqrt(6)=2,循环从2开始。i=2时,6%2=0,sum加2,counterpart是3,也加入sum。初始sum是1,所以总和是1+2+3=6,正确。所以这个优化方法是可行的。 但是,如果用户输入的n是1,应该返回False。对于n=6,sum_divisors初始化为1,然后i=2时,加2和3,总和是6,正确。所以这个优化后的函是正确的。 所以,在代码中需要导入math模块,并使用math.sqrt函。 接下来,测试这个函是否正确,比如6、28、496等。 此外,用户可能想知道如何生成更多完美,但已知的完美较大,可能需要更高效的算法,比如利用梅森素。但考虑到用户可能需要的是基础的实现方法,这部分可能暂时不需要涉及。 最后,总结步骤,给出代码示例,并说明其原理。同时,在相关问题中,可以引导用户了解其他的判断方法,如质、亲和等,以及如何优化代码性能。</think>### 完美的定义 完美(Perfect Number)是指一个正整,其所有真因子(除自身外的因子)之和等于它本身。例如,$6$ 的真因子为 $1, 2, 3$,且 $1 + 2 + 3 = 6$,因此 $6$ 是完美[^1]。 --- ### 用 Python 求解完美的步骤 1. **遍历候选**:在指定范围内遍历每一个 $n$。 2. **计算真因子和**:找出 $n$ 的所有真因子并求和。 3. **判断完美**:若真因子和等于 $n$,则 $n$ 是完美。 --- ### 代码实现 #### 基础版本(直观但效率较低) ```python def is_perfect(n): if n <= 1: return False sum_divisors = 0 for i in range(1, n): if n % i == 0: sum_divisors += i return sum_divisors == n # 找出 10000 以内的完美 perfect_numbers = [num for num in range(1, 10001) if is_perfect(num)] print("完美:", perfect_numbers) # 输出: [6, 28, 496, 8128] ``` #### 优化版本(减少循环次) ```python import math def is_perfect_optimized(n): if n <= 1: return False sum_divisors = 1 # 1 是每个的真因子 sqrt_n = int(math.sqrt(n)) for i in range(2, sqrt_n + 1): if n % i == 0: sum_divisors += i counterpart = n // i if counterpart != i: # 避免重复添加平方根 sum_divisors += counterpart return sum_divisors == n # 测试优化后的函 print(is_perfect_optimized(6)) # True print(is_perfect_optimized(28)) # True ``` --- ### 代码解释 1. **基础版本**:直接遍历 $1$ 到 $n-1$ 的所有,判断是否为因子并求和。时间复杂度为 $O(n)$。 2. **优化版本**:遍历到 $\sqrt{n}$,通过因子成对的性质减少循环次。例如,若 $i$ 是 $n$ 的因子,则 $n/i$ 也是因子。时间复杂度优化至 $O(\sqrt{n})$[^2]。 --- ### 注意事项 - 已知的完美均为偶,且与梅森素相关(例如 $6 = 2^{2-1}(2^2 - 1)$)[^3]。 - 较大的完美(如 $33550336$)需更高效的算法,例如基于梅森素公式。 ---
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