素数筛选
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第一种:剔除2 3 4 5 6 ... ... 的倍数
在i从2开始的增一变化过程中,剔除i的倍数即j*i(j是大于等于2的自然数,j的上限是问题规模M)
为了减少重复步骤,可以每当i递增到等于第一个没有被剔除的(素)数时再剔除该数的倍数,
重复上述过程至i到达问题规模m的平方根+1
需要说明的三个问题:
假设循环到第n个数,如果该数没有被剔除,那么该数不能是前边所有数的倍数,该数更不可能是后边数的倍数,该
数就是素数。
如果该数是合数却没被剔除,那么该数能分解为两个小于该数的数的积的形式,而前边剔除的数包含了所有小于该
数的数之间的积,这是矛盾的。
为什么筛选循环的第一层只循环至问题规模m的平方根+1
因为,对于一个数m,所有大于该数平方根的数的积已经大于该数了,再剔除下去只是多余。
为什么筛选循环的第二层只循环至MAX/i?
因为此时j*MAX/i就等于MAX,此时需要标记为错误的数已经到了问题的规模即MAX,没有必要在标记比MAX大的值不
是素数,此外用来标记i*j不是素数的数组只有MAX+1的容量,这样做是向不是自己申请的内存空间里写数据,是危
险的。
用a[i*j]来标记i*j不是素数,这一个相对来说比较容易想到
再来看看下一个(第二种,稍作了优化)
这个程序的方法是通过排除3 5 7 9 11 ... ...中的素数n的奇数倍来排除素数的
用数组nList中的第[t/2]个元素的值(取1)来标记t不是素数。
1、为什么是奇数的倍数?
首先我们假设这个算法是正确的。由于素数除了2都是奇数,那么每次送入筛选循环的n值都是奇数,排除t时t的递
增表达式可写为
for(int i=0;i<MAX_P/2;i++)
t=n*(n+2i)
n是奇数n+2i也是奇数。这与算法的思想是一致的。
2、为什么3 5 7 9 11 ... ...中的素数n的倍数(奇数)要从n开始?
就是说从1开始和从n开始的效果是一样,或者说n以前的奇数乘n都可以等于n以前(比n小的)素数的更大(比n大的
)奇数倍数。由于n是奇数,可以设n以前(比n小的)的奇数为n-2i,比n大的奇数为n+2j;那么我们的任务就是,
证明n*(n-2i)可以等于m*(n+2j),其中m为小于n的素数,i、j都是正整数。即n(n-m)=2mj+2ni。这有变成证
明n-m是偶数,这是显然的,两个奇数之差必然是偶数。
3、为什么筛选循环剔除了所有的非素数?
不管该算法正确与否,3 5 7 9 11 ... ...中的任意n的奇数倍都排除了某些合数。
首先我们假设n循环至某个n时,为合数却没有剔除,那么n可以分解因数为多个素数且是奇数(由于n是从3开始的奇
数)的积,当然也可表示为一个素数a与一个奇数b的积的形式,那么这个a必然是小于n的素数。这个素数的奇数倍
就必然在前次循环中排除了。这与没有被剔除矛盾。所以该算法正确
最后我们来看看,第三种
这一种可以说是对前种算法的直接变形
用a[k]=1来标记k不是素数
第一种是用筛选出来的正确的数(即素数)的倍数剔除合数
第二种是用2到n乘筛选出正确的数,即素数
如果你不以为然,我可以把for (n=3;n<=sq;n+=2)该为(n=3;n<sq;n++)
着就和第一种算法接近了一些,既然第一中和第二中被证明是正确的,那么这一种就也是正确的。
如果能够证明if (i%p[j] == 0) break;这一句添加进去是合理的
这句可解释为当i第一次成为所挑选出来的正确的素数递增序列的某个数(设为n)的整数倍时,就没有必要让i在去
乘递增素数序列里的比n大的素数,这又可以等价于 i乘比n大的合适的素数(设为max)可以等于比i大的整数(设
为j)乘比n小的素数(设为min),且这个j不是m的整数倍,即i*max=j*min;
又可以等价与j=i*max/min是一个不是min倍数的整数,根据以前做因式分解的经验一个整数必然能分解为一个递增
的素数序列的积,如果我们假设i*max是这么一个整数,max是因数递增序列中稍大的素数,则min只要是递增序列中
小于max的素数,就能使j为整数,很显然min包含于所有小于max的素数中,自然j是个整数,
又由于i不是max的倍数,max又不是min的倍数(如果是,max是素数吗?)那么i必然是min的倍数,又i是第一次成
为所挑选出来的正确的素数递增序列的某个数(设为n)的整数倍,i必然不是min平方的倍数,即i/min不是min的倍
数,i/min*max也不是min的倍数
至此就证明了if (i%p[j] == 0) break;这一句添加进去是合理的
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