(1)题目:求素数的个数。 (2)任务:对于给定的正整数n(超大数),求1~n的素数个数,给出两种解法。对于相同的n,给出这两种解法的结果和求解时间,并用相关数据进行测试。 (3)程序结构图(画出mian()函数和其它各个函数或源码文件之间的调用关系图)
时间: 2024-10-15 16:11:56 浏览: 65
(1)题目描述:计算从1到指定的大整数n内有多少个质数,即素数的数量。这是一个常见的算法问题,尤其是在处理数值较大的情况时,需要考虑高效的求解策略。
(2)解法一:埃拉托斯特尼筛法(Sieve of Eratosthenes)
- 时间复杂度:O(n log log n)
- 程序步骤:
a. 创建一个大小为n+1的布尔数组,初始全部设为True,表示每个数字都是可能的素数。
b. 从2开始,将所有2的倍数标记为False,因为它们不是素数。
c. 继续遍历未标记的数,每次找到新的素数p,将其后续的所有倍数都标记为False。
d. 遍历结束后,数组中未被标记为False的就是素数,计数即可。
解法二:米勒-拉宾素数检验(Miller-Rabin primality test)结合线性筛法
- 时间复杂度:平均情况O(k log^3 n),最坏情况O(log^4 n)(k是确定素数概率的迭代次数)
- 简化过程:首先用线性筛法预筛选部分较小的素数,然后对剩余的大数逐个应用米勒-拉宾检验。
- 这种方法适合于非常大的n值,因为它可以减少实际检查的数字数量,但可能会有误报。
测试结果:对于小到中等规模的n,埃拉托斯特尼筛法更快;当n很大时,米勒-拉宾结合线性筛法可能更有效率。具体运行时间取决于n的具体值和硬件性能。
程序结构图(简化版):
```
main():
|--> 输入n
|--> 判断n是否小于某个阈值(埃拉托斯特尼适合范围)
|--> 如果是,则直接用埃拉托斯特尼筛法
|--> 否则,用线性筛法获取初步素数列表,再用米勒-拉宾检测其余数
|--> 计算并输出素数个数
sieve_of_eratosthenes(n):
|--> 初始化数组...
|--> 主循环...
linear_sieve(n):
|--> 初始化数组...
|--> 主循环...
miller_rabin_test(p, k):
|--> 实现米勒-拉宾测试...
|--> 返回结果
output_prime_count:
|--> 根据上述步骤计算并返回素数个数
```
阅读全文