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素数
Aug 06 2022

计算素数的一个方法是埃氏筛法,它的算法理解起来非常简单:

首先,列出从 2 开始的所有自然数,构造一个序列:

2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, …

取序列的第一个数 2,它一定是素数,然后用 2 把序列的 2 的倍数筛掉:

3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, …

取新序列的第一个数 3,它一定是素数,然后用 3 把序列的 3 的倍数筛掉:

5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, …

取新序列的第一个数 5,然后用 5 把序列的 5 的倍数筛掉:

7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, …

不断筛下去,就可以得到所有的素数。

用 Python 来实现这个算法,可以先构造一个从 3 开始的奇数序列:

def _odd_iter():
n = 1
while True:
n = n + 2
yield n

注意这是一个生成器,并且是一个无限序列。

然后定义一个筛选函数:

def _not_divisible(n):
return lambda x: x % n > 0

最后,定义一个生成器,不断返回下一个素数:

def primes():
yield 2
it = _odd_iter() # 初始序列
while True:
n = next(it) # 返回序列的第一个数
yield n
it = filter(_not_divisible(n), it) # 构造新序列

这个生成器先返回第一个素数 2,然后,利用 filter () 不断产生筛选后的新的序列。

由于 primes () 也是一个无限序列,所以调用时需要设置一个退出循环的条件:

打印 1000 以内的素数:

for n in primes():
if n < 1000:
print(n)
else:
break

注意到 Iterator 是惰性计算的序列,所以我们可以用 Python 表示 “全体自然数”,“全体素数” 这样的序列,而代码非常简洁。

算法