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筛选法判断素数,素数筛选法有几种

时间:2023-05-06 08:00:27 阅读:218389 作者:3518

前言:
判断素数是编程中经常应用的实例,是编程学习的重要知识,那么下面我将介绍五种判断素数的方法。
定义:
素数是指在大于1的自然数中,除了1和它本身以外不再有其他因数的自然数。
简单来说就是,如果一个数只能被1和它本身整除,那么这个数就是素数。
比如:2 3 5 7 11 23…
0和1既不是素数也不是合数,2是最小的素数。

方法(一)暴力法
最简单最暴力的方法就是根据定义,判断n是不是素数,则把1~n
内所有数都遍历,若都不能整除则为素数。因为如果n为素数,则只有1和n为因数。
代码如下:

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>int main(){ int n,b=1; scanf("%d",&n); for(int i = 2;i < n;i++){ if(n % i == 0){ b = 0; break; } } if(b == 0){ printf("%d不是素数",n); } if(b == 1){ printf("%d是素数",n); } return 0;}

方法(二)优化
上述方法效率极低,如果n为一万,则核心代码要跑n-2次,其实我们只需要判断2~√n个数,因为一个数如果可以因数分解(不是质数),那么分解得到的两个数一定是一个小于等于√n,一个大于等于√n,一个合数一定由两个自然数相乘,一个大于等于平方根一个小于等于平方根,并且成对存在,所以只判断前根号个。这时我们需要使用sqrt函数来求根号。
代码如下:

#include<stdio.h>#include<math.h>#include<stdlib.h>int main(){ int n,b=1; scanf("%d",&n); for(int i = 2;i < sqrt(n);i++){ if(n % i == 0){ b = 0; break; } } if(b == 0){ printf("%d不是素数",n); } if(b == 1){ printf("%d是素数",n); } return 0;}

方法(三)孪生素数法
结论1:
当n>=5时,不在6x(x≥1)两侧的肯定不是素数,但在6x(x>=1)两侧的并不是一定就是素数。意思6x-1和6x+1可能为素数。

证明:

当n>=5时,若n为素数,n一定出现在6x(x>=1)的两侧。

6x-2 6x-1,6x,6x+1,6x+2,6x+3,6x+4,6x+5,6(x+1)…

观察得: 6x-2 = 3(x-1),6x = 2(3x),6x+2 = 2(x+1) …显然他们都不是素数

所以当n>=5时,素数一定在6x两边。

但是当x = 9时,6(x+1) = 55,可以被5整除,所以6x两侧不一定是素数。

结论2:
若n≥6且n-1和n+1为孪生素数,那么n一定是6的倍数。

证明:
因为孪生素数是差值为2的相邻素数。所以n-1和n+1是素数(小结论1)

所以 n-1和n+1一定是奇数,则n是偶数,所以n是2的倍数 (小结论2)

我们再假设n不是3的倍数,则n = 3x+1 或 n = 3x+2,

如果n = 3x+1,则n-1=3x,n-1可能为偶数,与小结论1违背

如果n = 3x+2,则n+1=3(x+1),n+1可能是偶数,与小结论2违背

所以n不是3的倍数不成立,

所以n是3的倍数,又结合小结论2:

n是一定是6的倍数,所以代码增量为6,再判断n+1和n-1是否可以
于是乎代码如下:

#include<stdio.h>#include<string.h>#include<math.h>#include<stdlib.h>int su(int n){ if(n < 5){ if(n == 2 || n == 3) return 1; else return 0; } else { if(n%6!=1 && n%6!=5) return 0; else { for(int i=5;i<=sqrt(n);i+=6){ if(n%i==0 || n%(i+2)==0) return 0; } return 1; } }}int main(){ int n,b; scanf("%d",&n); b = su(n); if(b == 0){ printf("%d不是素数",n); } if(b == 1){ printf("%d是素数",n); } return 0;}

方法(四)埃筛法
埃筛很简单,因为素数只能被1或者它本身整除,所以一个数的倍数一定不是素数,下面举个栗子:

2 为素数,则4 6 8 10 12 14 16等都不是素数

如此简但,直接上代码:

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>int main(){ int n,i,j; scanf("%d",&n); int vis[100000]={1,1};//0和1不是素数其他先默认为0 for(i=2;i<100000;i++){ if(vis[i]==0){ for(j=i+i;j<10000;j+=i){ vis[j]++; } } } if(vis[n]==0)printf("%d是素数",n); else printf("%d不是素数",n); return 0;}

方法(五)欧式筛法
欧式筛法是埃筛的改进,相信大家一定注意到了埃筛的小问题
当i = 2时 我们遍历了4 6 8 10 12
当i = 3时 我们遍历了6 9 12 15

我们发现了6和12被重复筛出,这样的例子数不胜数,大大降低了效率

现在我们伟大的欧拉函数来了,数学的魅力就这里绽放

1:任何一个合数都可以分解成一个素数×一个数

2:i = m * n,m是最小质因子(素数=质数)

若n为合数,n= x*y,x是一个质数,且x>m

则i = mn = mxy = xmy,且my = k.

则i = x*k,且 x>m

说明一个合数与一个质数的乘积,可以表示为一个更大的合数和一个更小的质数的乘积。

代码如下:
输入一个n,打印出以内所有素数。

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>int su[1000000];int prime[10000];int main(){ int i,j,n,s=0; scanf("%d",&n); for(i=2;i<=n;i++){ if(su[i] == 0){ prime[++s] = i ; } for(j=1;j<=s && i*prime[j]<=n;j++){ su[i*prime[j]] = 1 ; if(i%prime[j] == 0) break; } } for(i=1;i<=s;i++){ printf("%d ",prime[i]); } return 0;}

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