用c++编程分别用三种方法对奇素数的素性进行判断,输入奇素数n≥3,分别利用Fermat测试,Solovay-Strassen测试、Miller-Rabin测试n是否为素数。
时间: 2024-03-10 13:45:01 浏览: 20
好的,我可以为您提供一个C++程序,用三种方法对奇素数的素性进行判断,分别是Fermat测试、Solovay-Strassen测试和Miller-Rabin测试。
Fermat测试的原理是利用费马小定理,对于素数p和任意整数a,有$a^{p-1} \equiv 1 \pmod{p}$,因此如果对于某个整数a,有$a^{p-1} \not\equiv 1 \pmod{p}$,则p不是素数。Fermat测试的缺点是存在卡迈克尔数(Carmichael number),即有些合数也会通过Fermat测试。
Solovay-Strassen测试的原理是利用欧拉判别准则(Euler's criterion),对于素数p和任意整数a,有$a^{\frac{p-1}{2}} \equiv Legendre(a,p) \pmod{p}$,其中Legendre符号是二次剩余的符号。因此,如果对于某个整数a,有$a^{\frac{p-1}{2}} \not\equiv Legendre(a,p) \pmod{p}$,则p不是素数。
Miller-Rabin测试的原理是利用二次探测(quadratic probing)和费马小定理,对于奇素数p和任意整数a,可以将p-1表示为$2^s \times d$的形式,其中d是奇数。然后对于任意整数r,如果存在某个整数t满足$a^{2^tr} \equiv -1 \pmod{p}$,则p可能是素数;否则,如果对于所有的r,有$a^{2^tr} \not\equiv -1 \pmod{p}$,则p不是素数。
下面是完整的C++代码实现:
```c++
#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;
// 计算幂次方
int power(int a, int b, int p) {
int ans = 1 % p;
a %= p;
while (b) {
if (b & 1) ans = (long long)ans * a % p;
a = (long long)a * a % p;
b >>= 1;
}
return ans;
}
// 计算Legendre符号
int legendre(int a, int p) {
return power(a, (p - 1) / 2, p);
}
// Fermat测试
bool fermatTest(int n, int k) {
if (n == 2) return true;
if (n <= 1 || n % 2 == 0) return false;
for (int i = 0; i < k; i++) {
int a = rand() % (n - 2) + 2;
if (power(a, n - 1, n) != 1) return false;
}
return true;
}
// Solovay-Strassen测试
bool solovayStrassenTest(int n, int k) {
if (n == 2) return true;
if (n <= 1 || n % 2 == 0) return false;
for (int i = 0; i < k; i++) {
int a = rand() % (n - 2) + 2;
int x = power(a, (n - 1) / 2, n);
if (x == 0 || x != legendre(a, n)) return false;
}
return true;
}
// Miller-Rabin测试
bool millerRabinTest(int n, int k) {
if (n == 2) return true;
if (n <= 1 || n % 2 == 0) return false;
int s = 0, d = n - 1;
while (d % 2 == 0) {
s++;
d /= 2;
}
for (int i = 0; i < k; i++) {
int a = rand() % (n - 2) + 2;
int x = power(a, d, n);
if (x == 1 || x == n - 1) continue;
for (int j = 0; j < s - 1; j++) {
x = (long long)x * x % n;
if (x == n - 1) break;
}
if (x != n - 1) return false;
}
return true;
}
int main() {
srand(time(NULL)); // 随机数种子
int n;
cout << "请输入一个奇素数(n>=3):" << endl;
cin >> n;
if (fermatTest(n, 10)) {
cout << n << "是素数(Fermat测试)" << endl;
} else {
cout << n << "不是素数(Fermat测试)" << endl;
}
if (solovayStrassenTest(n, 10)) {
cout << n << "是素数(Solovay-Strassen测试)" << endl;
} else {
cout << n << "不是素数(Solovay-Strassen测试)" << endl;
}
if (millerRabinTest(n, 10)) {
cout << n << "是素数(Miller-Rabin测试)" << endl;
} else {
cout << n << "不是素数(Miller-Rabin测试)" << endl;
}
return 0;
}
```
这段代码可以接受一个奇素数作为输入,并分别使用Fermat测试、Solovay-Strassen测试和Miller-Rabin测试判断是否为素数。您可以根据需要进行修改和扩展。请注意,此代码仅用于演示目的,不适用于实际应用。