当前页面位置: » 丰搜网 » 文档中心 » 详细内容
c＃算法设计与分析－寻找素数
在这篇文章中，我将使用c＃编制两个寻找素数的算法，说明算法设计的重要性以及算法的分析。
素数寻找问题由来已久，一直是一些数学家追求的目的。关于素数的定义及性质，我就不在这里多叙了，相信大家都对此了如指掌。素数的寻找思路比较的简单，根据素数的性质（素数应该不能被除了1和它自身的其他数整除）我们可以从最小的素数2开始，一直到比它小1的数为止，用这些数去整除它，如果它能被整除则它必定不是素数，这是判断单个素数的方法（这个算法思想最简单，时间复杂度最大）。对于寻找比某一个给定的整数值小的所有素数也可以采用这种方法，不过我们会发现，采用这种单个判断的方法所耗的时间比较多。比如查找不大于10的素数，我们必须从2开始一个个判断，共需判断9个数，事实上按照我们后面讲述的方法，只需循环2次就可以了。因此，下面的两种方法都将基于删除法来做。
我们来看看删除法的思想：
1． 将小于给定整数值n的所有正整数加到一个数组中；
2． 删除能够被一些整数整除的数；
3． 数组中遗留的元素就是最后要得到的素数序列。
对于第二步，我们将给出两种方法来实现。我们先来看看算法：
算法一：
class prime
{
public static int[] primelist;
public static void findprime(int n)
{
int[] intlist;
intlist=new int[n];
for (int p=2;p<=n;p++) intlist[p-1]=p;
for (int p=2;p<math.sqrt(n);p++)
{
int j=p+1;
while (j<=n)
{
if ((intlist[j-1]!=0 ) && ((intlist[j-1]% p)==0) ) intlist[j-1]=0;
j=j+1;
}
}
int i=0;
for (int p=2;p<=n;p++)
{
if (intlist[p-1]!=0) i=i+1;
}
primelist=new int[i];
i=0;
for (int p=2;p<=n;p++)
{
if (intlist[p-1]!=0)
{
primelist[i]=intlist[p-1];
i=i+1;
}
}
}
}
这这个算法中，删除的数是那些被从2开始直到n的平方根的整数整除的数。这个算法比起前面介绍的单个素数的寻找方法要好，它的循环次数减少了一多半，但是这个算法还不是最理想的：
1． 例如，6既能被2整除，也能被3整除，那么当p＝2时，6被删掉了一次；当p＝3时，6又被删除了一次，虽然按照我们设定的算法规则，这不会导致冲突（通过判断intlist数组元素是否为0，若为0就不必重复删除），但是这会使得算法的效率低下。
2． 还有计算素数序列元素个数时，我们也走了弯路。第一步，我们先计算出了数组元素大小，第二步才开始赋值，事实上这两步我们可以减去计算数组大小这一步，可以把它放在前面完成。
3． 已经被删除了的元素，也就是那些不是素数的元素，可以不用拿他们去整除整数，例如4不用拿去整除8，因为能被4整除的数肯定能被2整除，已经在前面循环中被删除了。
基于上述考虑，我们得到了一个效率更加高的算法：
class primegood
{
public static int[] primelist;
public static void findprime(int n)
{
int[] intlist;
int len=n-1;
intlist=new int[n];
for (int p=2;p<=n;p++) intlist[p-1]=p;
for (int p=2;p<math.sqrt(n);p++)
{
if (intlist[p-1]==0) continue;
int j=p*p;
while (j<=n)
{
if (intlist[j-1]!=0 )
{
intlist[j-1]=0;
len=len-1;
}
j=j+p;
}
}
primelist=new int[len];
int i=0;
for (int p=2;p<=n;p++)
{
if (intlist[p-1]!=0)
{
primelist[i]=intlist[p-1];
i=i+1;
}
}
}
}
这个算法思想和前面的算法完全一样，不过改正了上面算法中不完善的一些内容。
为了说明这两个算法的效率区别，我们编制了如下的主程序来比较一下他们的差异：
static void main()
{
console.writeline("start!");
datetime mytime5=datetime.now;
primegood.findprime(100000);
/*for (int i=0;i<=primegood.primelist.length-1;i++)
{
console.writeline(primegood.primelist[i]);
}*/
datetime mytime6=datetime.now;
timespan timeadd3=mytime6-mytime5;
console.writeline(timeadd3.ticks);
datetime mytime1=datetime.now;
prime.findprime(100000);
datetime mytime2=datetime.now;
timespan timeadd=mytime2-mytime1;
datetime mytime3=datetime.now;
primegood.findprime(100000);
datetime mytime4=datetime.now;
timespan timeadd2=mytime4-mytime3;
console.writeline(timeadd.ticks);
console.writeline(timeadd2.ticks);
}
}
通过运行这个程序，可以发现他们的差别是如此的大（前面的算法所耗时间几乎是后面算法的30－60倍），参见下图：
事实上，这两个算法的时间复杂度近似为：⊙（n1.5）；⊙（n）；可见，对于同一个问题有着多种不同复杂性的算法实现，算法设计是一门十分重要的学问。
