筛选法的C++实现

2020-01-26 15:43:22

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供稿：网友

筛选法

介绍：
筛选法又称筛法，是求不超过自然数N（N>1）的所有质数的一种方法。据说是古希腊的埃拉托斯特尼（Eratosthenes，约公元前274～194年）发明的，又称埃拉托斯特尼筛子。

具体做法是：先把N个自然数按次序排列起来。1不是质数，也不是合数，要划去。第二个数2是质数留下来，而把2后面所有能被2整除的数都划去。2后面第一个没划去的数是3，把3留下，再把3后面所有能被3整除的数都划去。3后面第一个没划去的数是5，把5留下，再把5后面所有能被5整除的数都划去。这样一直做下去，就会把不超过N的全部合数都筛掉，留下的就是不超过N的全部质数。因为希腊人是把数写在涂腊的板上，每要划去一个数，就在上面记以小点，寻求质数的工作完毕后，这许多小点就像一个筛子，所以就把埃拉托斯特尼的方法叫做“埃拉托斯特尼筛”，简称“筛法”。（另一种解释是当时的数写在纸草上，每要划去一个数，就把这个数挖去，寻求质数的工作完毕后，这许多小洞就像一个筛子。）

用C++实现筛选法：
以通过筛选法求100以内的素数为例

复制代码代码如下:

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
 int i,j,a[101];//这里定义101大小的数组，是为了和自然数相对应，即：a[2]对应自然数2
 for(i=2;i<100;i++) 
     a[i]=1;//完成对数组的初始化操作
 for(i=2;i<100;i++){
  for(j=2*i;j<100;j+=i){
   a[j]=0;//对相应的倍数进行排除 
  }
 } 
 //执行输出操作 
 for(i=2;i<100;i++){
  if(a[i])
  cout<<i<<'/t';
 } 
 cout<<endl;
 return 0;
} 

一些思考和优化
以前学习计算素数的算法的时候，有一个比较普遍的优化的算法。

也就是用

复制代码代码如下:

for(i=1;i<(j/2);i++)

或者

复制代码代码如下:

for(i=1;i<sqrt(j);i++)//使用sqrt()函数需要引入math.h这个头文件

来替代

复制代码代码如下:

for(i=1;i<j;i++)

可以显著的降低算法的复杂度

一开始直接使用，不知道是什么原理。后来看了看，原来原理是这样的：

以sqrt(j)代替i为例

求素数最基本的方法，是用i去除以2到j-1之间的所有的整数，如果有可以整除的情况，则不是素数；如果都不可以整除，则是素数。

而i=sqrt(j)*sqrt(j)

我们用i去除以2到sqrt(j)之间的所有的整数，这就可以覆盖2到i-1之间的所有的整数。

设2<k<sqrt(j)，则若j%k==0，则sqrt(j)<m=(j%k)<j-1。

也就是说，因为是除法运算求整除的运算，所以除以小的可以整除，可就是除以相应的大的可以整除。

优化之后的代码：

复制代码代码如下:

#include<iostream>
#include<math.h> 
using namespace std;
int main()
{
 int i,j,a[101];//这里定义101大小的数组，是为了和自然数相对应，即：a[2]对应自然数2
 for(i=2;i<100;i++) 
     a[i]=1;//完成对数组的初始化操作
 for(i=2;i<sqrt(100);i++){
  for(j=2*i;j<100;j+=i){
   a[j]=0;//对相应的倍数进行排除 
  }
 } 
 //执行输出操作 
 for(i=2;i<100;i++){
  if(a[i])
  cout<<i<<'/t';
 } 
 cout<<endl;
 return 0;
}