PAT_自测2_素数对猜想

本文针对素数对猜想,提供了一种计算不超过指定数值N的所有符合条件的素数对数量的方法。通过实现一个判断素数的函数,并遍历到N的所有整数,统计差值为2的素数对。

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题目链接:https://pta.patest.cn/pta/test/17/exam/4/question/261



自测-2 素数对猜想   (20分)

让我们定义dndn为:dn=pn+1−pndn=pn+1pn,其中pipi是第ii个素数。显然有d1=1d1=1,且对于n>1n>1dndn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<105),请计算不超过N的满足猜想的素数对的个数。

输入格式:

输入在一行给出正整数N

输出格式:

在一行中输出不超过N的满足猜想的素数对的个数。

输入样例:

20

输出样例:

4



题意:

找到 diff=2的 素数对个数

解题:找到所有素数数组,计算diff=2的连续素数对

代码:


#include <iostream>
#include <string>
#include <cmath>
using namespace std;

int isPrime(int num){

	if(num<2)
		return -1;	//Invalid Input
	else if(num == 2)
		return 1;	//2 is a Prime
	else {
		for (int i = 2; i <= (int)sqrt(num); i++)		//检测至  <= sqrt(num)
		{
			if( (num%i) == 0 )
				return 0;
		}
		return 1;
	}

	return -1;		//default: Invalid, return -1
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
	int n = 0;
	cin >> n;
	// Assume n<10000, array[0,10000] is enough
	int array[10001] = {-1};	//initialize array with 0
	int primes[10001] = {-1};
	int primeCount = 0;

	for (int i = 2; i <= n; ++i)	//从2检测至所输入的n
	{
		int result = isPrime(i);
		array[i] = result;
		if(result==1){
			primes[primeCount] = i;
			primeCount ++;		//primes[0,9],primeCount=10
		}
	}

	int primeSetCount = 0;
	for (int i = 1; i < primeCount; i++)		//
	{
		if((primes[i]-primes[i-1]) == 2){
			primeSetCount ++;	//统计素数对数量
		}
	}

	cout<<primeSetCount<<endl;
	return 0;
}





### 算法思路分析 素数猜想的核心问题是找出在给定范围内,相邻两个素数的差为2素数对数量。实现的关键步骤包括: 1. **判断一个数是否是素数**:使用函数 `is_prime(int n)` 来判断某个数是否为素数。通过遍历从 2 到 √n 的所有整数,检查是否存在能整除 n 的因子。 2. **遍历范围内的所有数**:主函数中从最小可能构成素数对的数字开始(即从 3 开始),检查当前数和它加 2 的数是否同时为素数。 3. **统计符合条件的素数对数量**:如果当前数和当前数加 2 都是素数,则计数器增加。 该算法的时间复杂度约为 O(n√n),因为对于每个数都需要进行一次素数判断,而每次判断的时间复杂度为 O(√n)。 ### C语言代码实现 以下是一个完整的 C 语言程序,用于实现素数猜想: ```c #include <stdio.h> #include <math.h> // 函数声明:判断一个数是否为素数 int is_prime(int num) { if (num <= 1) return 0; if (num == 2) return 1; if (num % 2 == 0) return 0; int sqrt_num = (int)sqrt(num); for (int i = 3; i <= sqrt_num; i += 2) { if (num % i == 0) return 0; } return 1; } int main() { int N, count = 0; // 输入范围上限 printf("请输入一个正整数 N(N >= 3): "); scanf("%d", &N); // 检查并统计素数对 for (int i = 3; i <= N - 2; i++) { if (is_prime(i) && is_prime(i + 2)) { count++; } } // 输出结果 printf("在范围 [3, %d] 内共有 %d 对素数对。\n", N, count); return 0; } ``` ### 程序说明 - **`is_prime` 函数**:用于判断输入的整数是否为素数。此函数首先排除小于等于 1 的情况,并处理偶数的情况(除了 2 以外,其他偶数都不是素数)。随后,通过遍历从 3 到 √n 的奇数来判断是否存在因数。 - **主函数逻辑**:从用户输入的范围上限 `N` 开始,逐个检查从 3 到 `N-2` 的每个整数 `i`,如果 `i` 和 `i+2` 同时为素数,则计数器增加[^4]。 ### 性能优化建议 - **减少重复计算**:可以预先生成一个素数表(例如通过埃拉托斯特尼筛法),从而避免多次调用 `is_prime` 函数时重复计算。 - **多线程加速**:对于较大的 `N`,可以将范围划分为多个子区间,利用多线程分别计算每个区间的素数对数量,最后汇总结果。
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