📅  最后修改于: 2023-12-03 15:06:33.028000             🧑  作者: Mango
素数是指只能被1和本身整除的正整数,比如2、3、5、7、11等。在一定范围内,素数的个数有时对于数学问题会有不同的含义和实际用途。
在正整数a和b之间,如何确定有多少个不同的素数呢?以下是几种求解素数数量的方法:
暴力枚举的思路是对于[a, b]内的每个数字,都使用一个循环判断其是否为素数。若是素数,则累加计数器。
以下是Python代码实现:
def is_prime(num):
if num < 2:
return False
for i in range(2, int(num ** 0.5) + 1):
if num % i == 0:
return False
return True
def count_primes(a, b):
count = 0
for num in range(a, b + 1):
if is_prime(num):
count += 1
return count
其中is_prime
函数用于判断一个数是否为素数,count_primes
函数用于统计[a, b]范围内的素数数量。该方法时间复杂度为O(n * sqrt(n)),当n较大时,不适合使用。
埃拉托斯特尼筛法的思路是用一个数组记录每个数字是否为素数,从2开始,将其倍数全部标记为非素数,然后依次处理3、5、7、11等。
以下是Python代码实现:
def count_primes(a, b):
if b <= 1:
return 0
is_prime = [True] * (b + 1)
is_prime[0] = is_prime[1] = False
for i in range(2, int(b ** 0.5) + 1):
if is_prime[i]:
for j in range(i * i, b + 1, i):
is_prime[j] = False
count = sum(1 for i in range(a, b + 1) if is_prime[i])
return count
该方法时间复杂度为O(n * log(log(n))),由于需要使用数组,当n较大时,空间复杂度也会变得较大。
线性筛法的思路是同时维护一个素数表和一个最小质因数表。对于每个数字,若其最小质因数为i,则将其标记为i * primes[j](其中primes[j]记录i的素数倍数),同时更新最小质因数表。该方法是埃拉托斯特尼筛法的优化版本,更加高效。
以下是Python代码实现:
def count_primes(a, b):
if b <= 1:
return 0
is_prime = [True] * (b + 1)
primes = []
min_factor = [0] * (b + 1)
for i in range(2, b + 1):
if is_prime[i]:
primes.append(i)
min_factor[i] = i
j = 0
while j < len(primes) and primes[j] * i <= b:
is_prime[primes[j] * i] = False
min_factor[primes[j] * i] = primes[j]
if i % primes[j] == 0:
break
j += 1
count = sum(1 for i in range(a, b + 1) if min_factor[i] == i)
return count
该方法时间复杂度为O(n),空间复杂度为O(n)。因为线性筛法的时间复杂度低,所以在实际应用中更加常用。
因此,若想要统计从a到b中的素数数量,可以使用以上三种方法中的任意一种。对于不同的范围,不同的方法可能会有更好的效率。