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C++怎么实现素数判断_C++试除法与米勒-拉宾【数学】

穿越時空

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发布时间:2026-02-20 12:43:31

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试除法判断素数需先处理n≤1返回false、n==2返回true、n为偶数且≠2返回false,再从3开始只试奇数到sqrt(n)。

c++怎么实现素数判断_c++试除法与米勒-拉宾【数学】

怎么用试除法快速判断一个 int 是不是素数

对普通范围(比如 1e9 以内)的整数,试除法够用、好写、不易出错。核心是只试到 sqrt(n),且跳过偶数(除了 2)。

常见错误现象:n == 1 返回 truen == 0 或负数没处理;循环从 2 试到 n-1 导致超时;没特判 2 就直接跳偶数导致漏判。

  • 必须先处理 n → 直接返回 <code>false
  • n == 2 → 返回 truen % 2 == 0 → 返回 false
  • 循环从 i = 3 开始,每次 i += 2,上限设为 i * i (避免浮点误差和溢出,比 <code>sqrt(n) 更安全)
  • int 类型即可,别用 long long 增加无谓开销
bool is_prime(int n) {
    if (n < 2) return false;
    if (n == 2) return true;
    if (n % 2 == 0) return false;
    for (int i = 3; i * i <= n; i += 2)
        if (n % i == 0) return false;
    return true;
}

为什么 int 范围内基本不用米勒-拉宾

米勒-拉宾是概率算法,对 int(32 位有符号,最大约 2.1e9)来说,它带来的复杂度和出错风险远大于收益——确定性测试已有更优解。

使用场景:只有当你要判断 long long(64 位)范围内的数,且无法接受试除法的最坏 O(√n) 时间时,才考虑它。

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  • int,已知一组小底数(如 2, 7, 61)就能做到 100% 准确,但代码量翻倍、易写错模幂和二次探测
  • 手写 mulmod(大数乘法取模)极易溢出,用 __int128 又不跨平台
  • 标准库不提供,竞赛中若非必要,评委也默认你用试除法

is_prime 在循环里反复调用很慢?怎么优化

如果要批量判断多个数(比如筛 1e6 个数),每次都调用试除法,重复计算因子太多,性能会断崖式下跌。

这时候该换思路:预处理质数表,而不是单个判断。

  • 若最大值 ≤ 1e7,直接上埃氏筛(vector<bool> is_prime(N+1, true)</bool>),时间 O(N log log N),之后 O(1) 查询
  • 若最大值更大(如 1e8),用线性筛(欧拉筛),避免重复标记,内存稍多但更快
  • 不要在循环里对每个数都调用完整 is_prime——哪怕加了记忆化,也不如一次性筛完干净

边界和类型容易踩的坑

看似简单函数,实际线上崩得最多的是类型和边界——尤其是和输入/输出混用时。

  • is_prime(-5)is_prime(0)is_prime(1) 必须返回 false,数学定义里素数是「大于 1 的正整数」
  • 输入是 unsigned intlong long?函数签名不匹配会导致隐式转换出错(比如 2147483648U 转成 int 变负数)
  • 测试用例含 INT_MAX2147483647)?它的平方远超 int 范围,所以循环条件必须用 i * i 而不是 <code>i ,后者涉及浮点还可能精度丢失

真正麻烦的从来不是算法本身,而是你没意识到 i * ii 接近 46341 时就溢出了,而这个数刚好卡在 int 的 sqrt 边界附近。

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