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素数的算法有很多种,现在主要讲两种算法及其改进版本的复杂度分析,解释性能提升的幅度。同时应用一个素数定理:素数的平方一定是合数,那么在范围内最大数的开方范围内找不到能整除的数,那么这个数是素数。应用这个定理可以将取模范围的空间复杂度从O(n)降为O(n**0.5).现以求100000内素数为例,两种算法分别是: 1.基础思路是去掉偶数,包括取模的范围,代码如下:
print(2)
for i in range(3,100000,2): for a in range(3,int(i**0.5)+1,2): if i%a == 0: break else: print(i,end = ' ')'''*此两层循环的算法的计算复杂度为(0.5*n*((n**0.5)+1)/2),空间复杂度为O(n**1.5) 2.应用一个素数定理:大于6的素数一定与6的倍数相邻,代码如下: ''' print(2,3,end = ' ') n = 100000 i = 5 step = 2 while i<= n: for j in range(5,int(i**0.5)+1,2): if j%j == 0: break else: count += 1 i += step step = 4 if step ==2 else 2 '''
此算法的计算复杂度为(n/3052)(n0.5+1)/2(将总范围分成30为一块,则6的倍数有5个,相邻的数就是10个),空间复杂度同样为O(n1.5)
优化思路: 对于1号算法,我们知道末尾是5的数一定能被5整除,所以末位是5的数一定不是素数,j计算复杂度可以降为0.4*n*((n**0.5+1)*0.4)。不是偶数且末为不是5,就剩(1,3,7,9),所以4/10=0.4,第二层循环也是如此。优化效率提升56%(0.5**2/0.4**2-1=0.56)。 对于2号算法,思路也是刨去末位为5的数。例如,30~60这一块内,6的倍数有(36,42,48,54,60),相邻的数是(35,37,41,43,47,49,53,55,59,61),有两个末位是5的数(35,55),所以将总范围分成30为一块,只需计算8个数,优化后空间复杂度为(n/30*(5*2-2))*(n**0.5+1)*0.4=4/15*n*(n**0.5+1)*0.4。相比优化后的1号算法,优化后的2号算法效率提升50%(其余项约分,只剩0.4/(4/15),所以0.4/(4/15)-1=0.5)。 综上可见,降低算法复杂度是提高解决问题效率的不二法门。
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