Files
python/TangDou/AcWing/Prime/868.md
HuangHai 1f397eca87 'commit'
2025-08-30 18:35:01 +08:00

4.9 KiB
Raw Blame History

##AcWing 868. 筛质数

一、题目描述

给定一个正整数 $n$,请你求出 1∼n 中质数的个数。

输入格式 共一行,包含整数 $n$。

输出格式 共一行,包含一个整数,表示 1∼n 中质数的个数。

数据范围 1≤n≤10^6

输入样例:

8

输出样例:

4

二、埃氏筛法

原理解析

先去掉$2$的倍数,再去掉$3$的倍数,再去掉$4$的倍数,……依此类推,最后剩下的就是素数。

如求$100$以内的素数,我们只要到去掉$sqrt(100)$的倍数就可以了,这是因为$10$的$2$倍已经被$2$的倍数去掉了,$10$的$3$倍已经被$3$的倍数去掉了,所以到$10$的时候只剩下$10$的$10$倍以上的素数还存在。

同样的原因,我们在去掉$3$的倍数的时候,只要从$3$的3倍开始去掉就好了,因为$3$的$2$倍已经被$2$的倍数去掉了。

QQ截图20210225151603.png

实现代码

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;

const int N = 1e6 + 10;
int primes[N], cnt; // primes[]存储所有素数
int st[N];          // st[x]存储x是否被筛掉
// 埃拉筛
void get_primes(int n) {
    for (int i = 2; i <= n; i++)
        if (!st[i]) {
            primes[cnt++] = i; // 记录素数
            for (int j = 2 * i; j <= n; j += i)
                st[j] = 1; // 成倍数的标识
        }
}

int main() {
    int n;
    cin >> n;
    get_primes(n);
    printf("%d\n", cnt);
    return 0;
}

三、欧拉筛

  • 不用每次筛去后剩下的能确定是素数中最大的数作为操作主体(在埃拉托色尼筛法中用$2$,$3$,$5$…),而是用已经晒出来的质数数组中的数作为操作主体

  • 核心思想:在埃氏筛法的基础上,让每个合数只被它的最小质因子筛选一次,以达到不重复的目的。

原理

1、每个合数都会被筛去

证明: 若 n 为合数,设其质因子分解为 $$\LARGE n = p_1 \times p_2\times ...\times p_q$$,其中$\large p_i$可以等于\large p_j , \large p_1 为最小的素数

由于任意小于 p_1 的质数都不能整除 $p_2 \times ... \times p_q$,所以 n 会在遇到$primes[j]=p_1$时,也就是 \large i = p_2 \times ...\times p_q 时被筛去。

证毕,总结:就是枚举最小的质数因数

2、每个合数只会被筛去$1$次

反证法: 设合数 n 即被 质数\large p_1 筛去,也被 质数\large p_{2} 筛去。那么有 $\large n = q_1 \times p_1 = q_2 \times p_2$,其中 p_1 和 p_2 均是 n 的素因子。

不妨设 $\large p_1 < p_2$,则有q_1>q_2,且p_1 和 p_2 互素,故有 \large p_1 | q_2,也就是\large q_2 \% p_1=0

当i 枚举到 q_2 时,质数数组是由小到大的,当遍历到 p_1 时,有 $i % p_1 == 0$,此时跳出循环,不会再遍历到后面的 $p_2$。

故 n 不会被 p_2 筛去,只会被其最小的素因子 p_1 筛去。

证毕

步骤

  • 从 i=2 开始,如果 i 还没有被筛掉,则将 i 加入至素数列表中
  • 遍历当前素数列表$primes[]$,筛去 $i \times primes[j]$ (保证$primes[j]*i$不能越界,因为越界了对结果没意义。即i*primes[j]<=n)
  • 当遍历到能整除 i 的素数 primes[j] 时,筛去 $i \times primes[j]$,停止对素数列表的遍历
  • 重复 $2, 3, 4$,直到所有不超过 n 的整数都被遍历过

素数列表中的元素即为所求的不超过 n 的所有素数

实现代码

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;

// 欧拉筛
const int N = 1e6 + 10;
int primes[N], cnt; // primes[]存储所有素数
int st[N];          // st[x]存储x是否被筛掉

void get_primes(int n) {
    for (int i = 2; i <= n; i++) {
        if (!st[i]) primes[cnt++] = i;
        for (int j = 0; primes[j] * i <= n; j++) { // 捋着质数数组来
            st[primes[j] * i] = 1;                 // 质数因子的i倍被干掉
            if (i % primes[j] == 0) break;         // 只被它的最小质因子筛选一次
        }
    }
}

int main() {
    int n;
    cin >> n;
    get_primes(n);
    printf("%d\n", cnt);
    return 0;
}

五、练习题

洛谷 P3912 素数个数