算法--数论

质数（素数）

定义

判断是否为质数

暴力写法，试除法

基本思想

从定义出发，判断是否为质数
1、小于2的数，统一返回false
2、遍历 i 从2到小于n（即除去1和n）
判断是否有n % i == 0 的，表示这中间有i可以整除，如果有，返回false

最后返回true

具体写法

优化

基本思想（时间复杂度根号n）

利用质数的性质，当d能被n整除时，n/d 也能被n整除，
所以，只需要判断从2到根号n有无能让d整除的数即可

具体写法

这里的 i 就是上面的d，循环 i 判断是否有数能让n整除，也就是上面的判断d是否能让n整除

分解质因数

分析题意

质因子分解，就是输出几组质数并输出他们对应的数量，他们乘积等于输入的数

暴力写法

基本思想

直接循环所有从2到等于n的数，如果能找到一个被n整除的 i ，那么 i 一定是一个质数，这里与上面判断质数的代码要区分开，
上面写到：
for循环里，if（n % i == 0） return false
因为上面是判断n是否为质数，跟 i 没有关系
而本题的重点不在n，而是他的因子 i，所以这里当可以整除时， i 一定是一个质数，这句话就不会与上面矛盾了

具体代码

纠正：int x 改为 int n
循环i从2到小于等于n，其中如果找到了一个i能被n整除，那么这个i一定是质数，他就是我们要找的质因子之一（具体原因见上方“基本思想”），之后循环计算 i 的次数即可
循环计算质数次数时：
首先定义一个计数器s=0；
之后，while循环，条件是n 还可以整除 i
条件成立，就更新n 为 n/i，（因为题设是多个质因子的乘积，所以要进行下一步判断的话，要先将已经判断出来的 i 除去）
之后计数器++
输出质子以及出现的次数

优化

基本思想（时间复杂度小于等于根号n）

利用性质：n中最多只包含一个大于根号n的质因子
证明：如果有两个大于跟好n的质因子，那么这两个相乘，一定大于n，不成立，所以该性质成立，我们可以利用这个性质进行优化

具体代码

将for循环的 i ，从2开始循环到 小于等于n/i
然后，其他的不变，在for循环结束之后，如果n>1（因为n在上面的过程中，不断的被除开，不断的变小，被除开的原因见上面“未优化时具体代码的解释”）,那么这个n就是那个大于根号n的质因子，他的个数永远为1，因为只存在一个大于根号n的质因子

tip：puts（“”）；可以输出一行回车
同时puts（“字符串”）；可以输出字符串

筛质数（区别于判断质数，这个是筛选出来并保存，质数的数目较多）

基本思想

从2开始，删除后面2的倍数、删除3的倍数、4、5…
最后留下的都是质数，
因为假设p被留下了，那么就是前面2到p-1都没能把p删掉，也就是前面的倍数都没有p，所以p也就没有除去1和本身以外的因子，所以p一定是质数

具体代码

纠正：17行 primes【】= i
prime数组用来存放质数
cnt用来移动prime数组里的坐标，同时也在计数
st数组用来记录某个数是否被删掉了

首先从2到小于等于n遍历 i
之后 直接判断是否st[i]为假，如果是，那么放入prime数组中，并且cnt++
if之后，使用for循环对倍数进行删除：
初始化 j 为 i+i ; j <=n ; j += i
st[j]=true
初始化为 i 的2倍，之后递增条件是在 j 的基础上依次加 i，这样就可以找到 i 的所有倍数

优化（埃氏算法）

基本思想（时间复杂度约为n）

我们的目的是删掉合数，
任何一个合数都会被筛掉，因为质数的倍数包括所有的合数，任何一个合数都有一个质因子
所以我们只需要删除出来前面质数的倍数即可

具体代码

纠正：17行 primes【】= i
将for循环放入if里面即可

优化2（线性筛法）

基本思想

埃氏筛法：
我们的目的是删掉合数，
任何一个合数都会被筛掉，因为质数的倍数包括所有的合数，任何一个合数都有一个质因子
所以我们只需要删除出来前面质数的倍数即可

线性筛法的思路仍然是删掉质数的倍数 ， 但是这种算法是根据每个最小质因子的倍数去筛，效率更高

具体代码

仍然是for循环 i 从2到小于等于 n
之后if不变
改变一下第二个for循环 ：
j初始化为0 ；之后primes[j]<= n/i ；j++
然后标记st[primes[ j ] * i ]=true; （删除每个最小质因子的倍数）
之后加一个if （i % primes[ j ] == 0） break; （这一步可以保证primes[ j ]是 i 的最小质因子）

注意点：关于筛质数的三个算法中，只有该算法的第二个for循环不同于其他两个，前两个的第二个for循环都一样，只是位置不同，要特别注意

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