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埃氏篩法求素數

計算素數的一個方法是埃氏篩法,它的演算法理解起來非常簡單:

首先,列出從2開始的所有自然數,構造一個序列:

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

取序列的第一個數2,它一定是素數,然後用2把序列的2的倍數篩掉:

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

取新序列的第一個數3,它一定是素數,然後用3把序列的3的倍數篩掉:

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

, 19, 20, ...

取新序列的第一個數5,然後用5把序列的5的倍數篩掉:

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

不斷篩下去,就可以得到所有的素數

用Python來實現這個演算法,可以先構造一個從3開始的奇數序列:

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

注意這是一個生成器,並且是一個無限序列。

然後定義一個篩選函式:

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

最後,定義一個生成器,不斷返回下一個素數:

def primes():
    yield 2
    it = _odd_iter() # 初始序列
    while True:
        n = next(it) # 返回序列的第一個數
        yield n
        it = filter(_not_divisible(n), it) # 構造新序列

這個生成器先返回第一個素數2,然後,利用filter()不斷產生篩選後的新的序列。

由於primes()也是一個無限序列,所以呼叫時需要設定一個退出迴圈的條件:

# 列印1000以內的素數:
for n in primes():
    if n < 1000:
        print(n)
    else:
        break