如何快速判断一个数是素数?

波波桑


根据数的不同范围和要求,我总结主要有三种常用的方法判断一个数是否是素数

一. 一般方法

直接判断在sqrt(n)范围内有没有整数能整除n,如果有则不是素数,否则就是素数。

但这种方法比较暴力,如果n过大是不行的,而且一个一个去计算太慢了,如果我要找出10000000以内的所有素数,那计算量是相当大,效率不高。

二. 基于线性筛法

如果要找出10000000以内的所有素数,那么就要使用线性筛法了。基本原理是:先把所有整数列出来,然后把2的倍数全部剔除,然后是三的,以此类推,遍历所有素数,把倍数全部划去。划去的是合数,剩下的就是素数了。

那么,如果n特别大的时候呢,比如n=10^12,又怎么判断呢? 这时候就需要Miller-Rabin素数测试方法了。

三. Miller-Rabin素数测试

它是基于二次探测定理进行判断的,定理描述如下

代码实现比较长,截图在下面

一般情况下第二种和第三种方法用得最多。


薛定谔的小猫猫


如何判断一个数是素数,而且还要求快速,比如给一个数N,判断数N是否是素数,该怎么做呢?

质数(prime number)又称素数,有无限个。质数定义为在大于1的自然数中,除了1和它本身以外不再有其他因数,这样的数称为质数。

它的因素只有1和它本身,而在所有实数集合中,这样的素数有无数个。

那么一般的方法可以用下面的这种方法来计算,通过寻找所有的因数,但是这种方法其实当n这个数很大的时候是很慢的。那么有没有更快的方法呢?答案是必须的。


费马小定理

费马小定理(Fermat's little theorem)是数论中的一个重要定理,在1636年提出,其内容为: 假如p是质数,且gcd(a,p)=1,那么 a^(p-1)≡1(mod p),即:假如a是整数,p是质数,且a,p互质(即两者只有一个公约数1),那么a的(p-1)次方除以p的余数恒等于1。

有这个费马小定理以后,再回去看看这个判断素数的问题,是否可以用费马小定理来解决呢?先来看一个HOJ的题目,题目链接在这儿:

http://acm.hit.edu.cn/hoj/problem/view?id=1356

题目大意就是,给你一个正整数,需要你编一个程序,去判断这个数是不是素数。

既然让你判断是不是素数,如果你用最上面的那个很原始的方法去,必然Time out,这个时候就需要用到费马小定理了,先来看看我N年轻写的代码。

下面来讲讲这个答案哈。费马小定理里面讲到,假如p是质数,且gcd(a,p)=1,那么 a^(p-1)≡1(mod p),即:假如a是整数,p是质数,且a,p互质(即两者只有一个公约数1),那么a的(p-1)次方除以p的余数恒等于1。也就是说我们sample几个素数a,去验证整个p,如果满足了费马小定理,那么这个p是素数的可能性非常非常的大。具体需要sample几个,这个貌似有正面,其实3-4个基本上就满足了,非素数是很容易就被检测出来的。其实这个问题就转换为如何去快速的算次方和模运算了,恰恰有一个理论叫做蒙哥马利幂模运算,具体这个方法可以去网上自己搜一下,也就是对应我们代码里面的mod那个函数。


看懂了的,记得给一个赞,听说点赞的小伙伴都走上了人生巅峰。不懂的评论区见。


波波桑


我们要判断一个数是素数,就要排除所有小于这个数的素数是该数的因数。没有“更巧妙”的方法。

然而,我们有一个规律可资利用,这样可以减少工作量:一个数N,我们可以只试验比“根号N”小的所有素因数,而不必试验所有比N小的素因数。


bratskid



一个小循环就可以了


南阳理工14软件


不知道现在世界上不用计算机,最先进判定质数的方法是什么,我自以为有较先进的方法。比如已知1万内所有质数,分解58965539是质还是合。要多长时间。


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