任务描述
相关知识
如何判断一个正整数是否是素数
编程要求
测试说明
任务描述
本关任务:编写一个能判断一个整数是否是素数的小程序。
相关知识
为了完成本关任务,你需要掌握:
如何判断一个正整数是否是素数。
如何判断一个正整数是否是素数
素数(Prime Number),又称质数,一个大于1的自然数,除了1和它自身外,不能整除其他自然数的数叫做质数;否则,称为合数(Composite Number)。1既不是素数,也不是合数。
如2、3、5、7、11都是素数,因为找不到除了1和其本身之外的约数;而4、6、8都是合数,因为4可以整除2,6可以整除2和3,8可以整除2和4。
而一个数的约数必然是不超过该数的,加上素数必需是只有1和本身是其约数的条件。于是,我们可以通过枚举小于该数,并且大于1的整数,来判断该数是否是素数。
假设有一个正整数a,则其可以被写成任意两个正整数之积,即a = p * q。假设p < q,那么正整数p和q都是a的约数。注意到,如果我们知道p是a的约数,那么可以通过q = a / p快速求得另外一个约数q。同样的道理,如果某个数p不是a的约数,那么q也不是a的约数。这就意味着我们在枚举约数的时候,只需要枚举2到不大于sqrt(a)的正整数即可。
虽然通过上述方法,已经能让我们在根号级别的复杂度内,判断一个正整数是否为素数。但是我们其实还可以做得更快!回到我们最初的起点,我们之所以要枚举这些数,就是想找出原数的约数。然后除1外,任何一个正整数都能写成多个素数的乘积的形式,所以我们枚举特定范围内的所有素数,也能达到相同的效果,而且数字范围越大,其区间内素数个数和区间长度之比也将越来越小,大家可以看看下面不同区间内的素数统计结果:
从上图的统计结果我们可以发现,我们用区间内的素数去判断一个整数是否素数,比较的次数相较之前来说更少。虽然就单次判断一个素数来说,这样的算法可能并没有优势,因为还需要时间去求出该区间内的所有素数。但是如果需要判断的数字很多,那么先把该区间内的所有素数求出来,无疑是个更好的选择。
而求不超过某个正整数x内的所有素数,有一个著名的算法——埃拉托斯特尼筛法。其算法描述为:
先用一个数组vis,把不大于该正整数x的所有正整数标记为0,表示没有访问;
然后从第一个素数2开始遍历整个区间,如果当前访问的数没有访问过,则可以认为它是一个素数。那么就将它在该区间内所有的倍数,全部标记为已访问,这样就保证外部的循环发现的没有访问过的数都是素数。
其具体实现如下述代码所示:
def sieve(x):
vis = [0 for i in range(x+1)]
prime_table = []
for i in range(2, x+1):
if vis[i] == 0:
prime_table.append(i)
for j in range(i*2, x+1, i):
vis[j] = 1
return prime_table
然而,除了上述筛法,还有其他高效的筛法,比如欧拉筛法,这里只给出其代码实现,希望大家能仔细去体会。
def ouler(x):
vis = [0 for i in range(x+1)]
prime_table = []
ln = 0
for num in range(2, x+1):
if vis[num] == 0:
prime_table.append(num)
ln += 1
for j in range(ln):
if num * prime_table[j] > x:
break
vis[num * prime_table[j]] = 1
if num % prime_table[j] == 0:
break
return prime_table
编程要求
根据提示,在右侧编辑器Begin-End区间补充代码,实现判断一个正整数是否是素数。如果是,则返回True,否则返回False(注意,返回值是布尔值)。
提示:如果要使用sqrt,需要通过import math导入math模块。
本关涉及的代码文件src/step1/is_prime_stu.py,请读者仔细阅读并完成空缺代码的填写。
测试说明
本关的测试文件是src/step1/main.py。
读者将src/step1/is_prime_stu.py中的代码补充完毕,然后点击评测,平台自动编译运行src/step1/main.py,并以标准输入方式提供测评输入;
平台获取程序的输出,然后将其与预期输出对比,如果一致则测试通过;否则测试失败。
平台会对你编写的代码进行测试:
第一行输入正整数n,表示测试样例组数,接下来输入n行,每行输入一个正整数x,表示需要判断的数字。
测试输入:
3
2
3
4
预期输出:
True
True
False
开始你的任务吧,祝你成功!
参考代码:
class Solution:
def solve(self, x):
'''
:type x: int
:rtype : Boolean
'''
#请在此添加代码,实现判断一个数是否是素数
#********** Begin *********#
if x==1:
return False
for i in range(2,x):
if x%i==0:
return False
return True
#********** End *********#