【数论】埃氏筛法
这学期的离散数学课程学了一点初等数论,其中的埃氏筛法当时课上没有太懂,课后看了《挑战程序设计竞赛》一书终于弄懂了。(这本书确实很好!算法简洁优美。)
如果只对一个整数进行素性测试,通常O(√n )的算法就足够了。但如果要对许多整数进行素性测试,则有更为高效的算法,其中就包括埃拉托斯特尼筛法,简称埃氏筛法。它是一个与辗转相除法一样古老的算法,可以用于枚举n以内的素数。
首先,我们将2到n范围内的所有整数写下来。其中最小的数字2是素数。将表中所有2的倍数都划去。表中剩余的最小数字是3,它不能被更小的数整除,所以是素数。再将表中所有3的倍数都划去。依此类推,如果表中剩余的最小数字是m时,m就是素数。然后将表中所有m的倍数都化去。像这样反复操作,就能依次枚举n以内的素数。
如图所示,最终我们就能得到20以内的所有素数。埃氏筛法的复杂度仅有O(nlognlogn)。对于程序设计竞赛中的数据规模,将它的复杂度看作大致线性的也无妨。下面给出代码:
1 #include <iostream> 2 #include <cstring> 3 using namespace std; 4 5 //埃氏筛法 6 7 const int MAX_N = 10005; 8 int prime[MAX_N]; //第i个素数 9 bool is_prime[MAX_N+1]; //is_prime[i]为true时表示i是素数 10 11 //返回n以内素数的个数 12 int sieve(int n){ 13 int p = 0; 14 for(int i = 0; i <= n; i++) is_prime[i] = true; 15 is_prime[0] = is_prime[1] = false; 16 for(int i = 2; i <= n; i++){ 17 if(is_prime[i]){ 18 prime[p++] = i; 19 for(int j = 2*i; j <= n; j+=i) is_prime[j] = false; //筛去所有素数的倍数 20 } 21 } 22 return p; 23 } 24 25 26 int main() 27 { 28 int n; //枚举n以内素数 29 while(cin>>n){ 30 int p = sieve(n); 31 cout<<p<<endl; 32 for(int i = 0; i < p;i++) 33 cout<< prime[i]<<" "; 34 cout<<endl; 35 } 36 37 return 0; 38 }