Prime Palindromes

本文介绍了如何解决USACO中的'Prime Palindromes'问题。程序要求在1秒内找出5到100,000,000间的所有素数回文数。通过优化素数判断算法(只检查到平方根),并预先计算100,000内的回文数,再判断其是否为素数,成功解决了时间限制问题。提供了Python和C++两种实现方式,其中C++版本运行时间更短。" 129785178,3100793,C++ Primer 第五版第六章:内联与constexpr函数解析,"['c++', '开发语言', '算法']

题目描述:

The number 151 is a prime palindrome because it is both a prime number and a palindrome (it is the same number when read forward as backward). Write a program that finds all prime palindromes in the range of two supplied numbers a and b (5 <= a < b <= 100,000,000); both a and b are considered to be within the range .

输入输出格式:


SAMPLE INPUT (file pprime.in)

5 500

OUTPUT FORMAT

The list of palindromic primes in numerical order, one per line.

SAMPLE OUTPUT (file pprime.out)

5
7
11
101
131
151
181
191
313
353
373
383

题目大意:

写一个程序找出a到b(5 <= a < b <= 100,000,000),即是素数又是回文数的数,比如151即是素数又是回文数。

解题思路:

很容易想到就是暴力破解,代码也很容易写出来,但是,请注意题目要求在1s内跑出来,这其实是难为我了,可以看到下面两段代码,第一段是用python写的,第二段使用c++来写的,第一段我提交后运行,果然结果是超时,第二段运行时间很短,说明优化思路是对的,下面我来讲一下我的优化思路,首先来优化素数判断,这个其实不用怎么说,跑到sqrt(i),速度会好很多,筛选法不推荐,当然有兴趣也可以试试,不过我比较懒,就不写了,然后就是怎么解这道题了,我们可以先可以求出回文数,可以直接把 100,000,000优化到100000的范围内

### USACO P1217 Prime Palindromes 的 Java 实现 以下是基于枚举方法并结合回文数构造的方式实现的一个高效解决方案。此方案利用了回文数的特性以及质数判断算法,从而避免了大量的冗余计算。 #### 方法概述 为了提高效率,可以先生成给定范围内所有的回文数,再逐一验证这些回文数是否为质数。这种方法显著减少了需要测试的数量,因为大多数非回文数可以直接排除[^4]。 #### AC代码 (Java) ```java import java.util.ArrayList; import java.util.List; import java.util.Scanner; public class Main { public static void main(String[] args) { Scanner scanner = new Scanner(System.in); int a = scanner.nextInt(); int b = scanner.nextInt(); List<Integer> result = findPalindromePrimes(a, b); for (int num : result) { System.out.println(num); } } private static boolean isPrime(int n) { if (n < 2) return false; if (n == 2 || n == 3) return true; // 特殊情况处理 if (n % 2 == 0 || n % 3 == 0) return false; for (int i = 5; i * i <= n; i += 6) { // 跳过偶数和能被3整除的数 if (n % i == 0 || n % (i + 2) == 0) return false; } return true; } private static List<Integer> generatePalindromes(int length) { List<Integer> palindromes = new ArrayList<>(); if (length == 1) { for (int i = 0; i <= 9; i++) { palindromes.add(i); } return palindromes; } int halfLength = (length + 1) / 2; int start = (int) Math.pow(10, halfLength - 1); int end = (int) Math.pow(10, halfLength); for (int prefix = start; prefix < end; prefix++) { String s = Integer.toString(prefix); StringBuilder sb = new StringBuilder(s); if (length % 2 == 0) { sb.append(new StringBuilder(s).reverse()); } else { sb.append(new StringBuilder(s.substring(0, s.length() - 1)).reverse()); } palindromes.add(Integer.parseInt(sb.toString())); } return palindromes; } private static List<Integer> findPalindromePrimes(int a, int b) { List<Integer> primes = new ArrayList<>(); for (int len = 1; len <= 8 && Math.pow(10, len - 1) <= b; len++) { List<Integer> candidates = generatePalindromes(len); // 构造长度为len的所有回文数 for (int candidate : candidates) { if (candidate >= a && candidate <= b && isPrime(candidate)) { primes.add(candidate); } } } return primes; } } ``` --- #### 关键点解释 1. **回文数生成逻辑**: 使用 `generatePalindromes` 函数动态生成指定长度的回文数。对于奇数长度的回文数,中间字符不重复;而对于偶数长度,则完全对称。 2. **质数检测优化**: 利用了跳过偶数和能被3整除的数的方法,并进一步缩小循环范围至平方根级别 \( \sqrt{n} \)。 3. **边界条件处理**: 需要特别注意上下界 `[a, b]` 和最大可能值 \(10^8\) 的约束条件[^2]。 --- #### 时间复杂度分析 由于只针对回文数进行质数检验,而且回文数数量远少于总自然数数量,因此该算法的时间复杂度相较于暴力解法大幅降低。具体时间复杂度取决于区间大小和回文数分布密度。 ---
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