Eratosthenes 筛选求质数 就是筛选出小于N的所有质数。

说明除了自身之外,无法被其它整数整除的数称之为质数,要求质数很简单,但如何快速的
求出质数则一直是程式设计人员与数学家努力的课题,在这边介绍一个着名的Eratosthenes求质
数方法。

解法

首先知道这个问题可以使用回圈来求解,将一个指定的数除以所有小于它的数,若可以
整除就不是质数,然而如何减少回圈的检查次数?如何求出小于N的所有质数?

首先假设要检查的数是N好了,则事实上只要检查至N的开根号就可以了,道理很简单,假设
AB = N,如果A大于N的开根号,则事实上在小于A之前的检查就可以先检查到B这个数可以整
除N。不过在程式中使用开根号会精确度的问题,所以可以使用i
i <= N进行检查,且执行更快。
再来假设有一个筛子存放1~N,例如:

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 … N

先将2的倍数筛去: 2 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 … N

再将3的倍数筛去: 2 3 5 7 11 13 17 19 … N

再来将5的倍数筛去,再来将7的质数筛去,再来将11的倍数筛去…,如此进行到最后留下的
数就都是质数,这就是Eratosthenes筛选方法(Eratosthenes Sieve Method)。
检查的次数还可以再减少,事实上,只要检查6n+1与6n+5就可以了,也就是直接跳过2与3的倍
数,使得程式中的if的检查动作可以减少。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define N 1000

int main(void) {
    int i, j;
    int prime[N+1];
    for(i = 2; i <= N; i++)
        prime[i] = 1;//所有数初始化为1
    
    for(i = 2; i*i < N; i++) { // 这边可以改进,
        if(prime[i] == 1) {
            //j=2*i,要从i的两倍开始,不然肯定对i取余不会得0.
            //先将i=2的倍数筛选出来,然后将后面的质数一个一个筛选出来。
            for(j = 2*i; j <= N; j++) {
                if(j % i == 0 && prime[j] != 0) //(&& prime[j] != 0)减少重复删选。
                    prime[j] = 0;
            }
        }
    }
    for(i = 2; i < N; i++) {
        if(prime[i] == 1) {
            printf("%4d ", i);
            if(i % 16 == 0)
                printf("\n");
        }
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

完美数:
说明如果有一数n,其真因数(Proper factor)的总和等于n,则称之为完美数(Perfect Number),
例如以下几个数都是完美数
6 = 1 + 2 + 3
28 = 1 + 2 + 4 + 7 + 14
496 = 1 + 2 + 4 + 8 + 16 + 31 + 62 + 124 + 248
程式基本上不难,第一眼看到时会想到使用回圈求出所有真因数,再进一步求因数和,不过若n值很大,则此法会花费许多时间在回圈测试上,十分没有效率,例如求小于10000的所有完美数 。
解法如何求小于10000的所有完美数?并将程式写的有效率?基本上有三个步骤:
求出一定数目的质数表
利用质数表求指定数的因式分解
利用因式分解求所有真因数和,并检查是否为完美数

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define N 1000
#define P 10000

int prime(int*); // 求质数表
int factor(int*, int, int*); // 求factor
int fsum(int*, int); // sum ot proper factor
int main(void) {
    int ptable[N+1] = {0}; // 储存质数表
    int fact[N+1] = {0}; // 储存因式分解结果
    int count1, count2, i;
    count1 = prime(ptable);
    for(i = 0; i <= P; i++) {
        count2 = factor(ptable, i, fact);
        if(i == fsum(fact, count2))
            printf("Perfect Number: %d\n", i);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

int prime(int* pNum) {
    int i, j;
    int prime[N+1];
    for(i = 2; i <= N; i++)
        prime[i] = 1;
    
    for(i = 2; i*i <= N; i++) {
        if(prime[i] == 1) {
            for(j = 2*i; j <= N; j++) {
                if(j % i == 0)
                    prime[j] = 0;
            }
        }
    }

    for(i = 2, j = 0; i < N; i++) {
        if(prime[i] == 1)
            pNum[j++] = i;
    }
    return j;
}

int factor(int* table, int num, int* frecord) {
    int i, k;
    for(i = 0, k = 0; table[i] * table[i] <= num;) {
        if(num % table[i] == 0) {
            frecord[k] = table[i];
            k++;
            num /= table[i];
        }
        else
            i++;
    }
    frecord[k] = num;
    return k+1;
}

int fsum(int* farr, int c) {
    int i, r, s, q;
    i = 0;
    r = 1;
    s = 1;
    q = 1;
    while(i < c) {
        do {
            r *= farr[i];
            q += r;
            i++;
        } while(i < c-1 && farr[i-1] == farr[i]);
        s *= q;
        r = 1;
        q = 1;
    }
    return s / 2;
}