C++编码: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。
时间: 2024-10-15 17:27:44 浏览: 30
C语言程序设计-求给定正整数n以内的素数之积;(n<28).c
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在C++中,计算1到n之间的素数个数有两种常见的解法:
1. **埃拉托斯特尼筛法** (Sieve of Eratosthenes):
- 算法原理:从2开始,将所有2的倍数标记为合数,然后找到下一个未被标记的数(即下一个素数3),再将其倍数标记,依此类推,直到平方根大于n为止。最后统计未被标记的数即为素数个数。
- 时间复杂度:O(n log log n),这是由于每个素数只会消除一次它的倍数,大约需要去除n/ln(n)次。
示例代码(简化版):
```cpp
int countPrimes(int n) {
vector<bool> isPrime(n+1, true);
isPrime[0] = isPrime[1] = false;
for (int i = 2; i * i <= n; ++i) {
if (isPrime[i]) {
for (int j = i*i; j <= n; j += i)
isPrime[j] = false;
}
}
return accumulate(isPrime.begin(), isPrime.end(), 0);
}
```
对于超大数据n,如1e9或更大,这种方法效率较高。
2. **Miller-Rabin素数检验结合迭代计数**:
- 该方法首先通过概率较大的Miller-Rabin素数检验筛选出大部分不是素数的数,然后再对剩下的数进行进一步确认。
- 时间复杂度:平均情况O(k log^3 n),最坏情况O(log^4 n),其中k是验证次数。通常取k=64或更小保证很高的准确率。
代码实现较复杂,涉及到随机化和多次检查,这里不再详述。实际应用中,如果n非常大,这种方法会比埃拉托斯特尼筛法更慢,但能处理更大的数值。
对于大规模的测试,可以生成大量随机的n值,分别计算两种方法的结果和执行时间,对比分析它们在不同范围内的性能差异。例如,你可以选择一些代表性的n值,比如1e5、1e7、1e9等,记录并可视化结果。
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