acwing算法基础课数学知识关于质数的笔记

质数

1.质数和合数是针对所有大于1的   "自然数"  来定义的(所有小于等于1的数都不是质数).
2.所有小于等于1的整数既不是质数也不是合数.
3.质数和素数都是同一种性质,只是叫法不同.
4.质数的判定------试除法 或 六倍原理.(1)."d|n"代表的含义是d能整除n,(这里的"|"代表整除).(2).一个合数的约数总是成对出现的,如果d|n,那么(n/d)|n,因此我们判断一个数是否为质数的时候,只需要判断较小的那一个数能否整除n就行了,即只需枚举d<=(n/d),即d*d<=n,d<=sqrt(n)就行了.(3).sqrt(n)这个函数执行的时候比较慢.
5.分解质因数------试除法.(用到的原理:唯一分解定理(算数基本定理))(1).特别要注意------分解质因数与质因数不一样!!!!!!(2).分解质因数是一个过程,而质因数是一个数.(3).一个合数分解而成的质因数最多只包含一个大于sqrt(n)的质因数(反证法,若n可以被分解成两个大于sqrt(n)的质因数,则这两个质因数相乘的结果大于n,与事实矛盾).(4).当枚举到某一个数i的时候,n的因子里面已经不包含2-i-1里面的数,如果n%i==0,则i的因子里面也已经不包含2-i-1里面的数,因此每次枚举的数都是质数.(5).算数基本定理(唯一分解定理):任何一个大于1的自然数N,如果N不为质数,那么N可以唯一分解成有限个质数的乘积N=P1a1P2a2P3a3......Pnan，这里P1<P2<P3......<Pn均为质数，其中指数ai是正整数。这样的分解称为 N 的标准分解式。最早证明是由欧几里得给出的，由陈述证明。此定理可推广至更一般的交换代数和代数数论。(6).质因子（或质因数）在数论里是指能整除给定正整数的质数。根据算术基本定理，不考虑排列顺序的情况下，每个正整数都能够以唯一的方式表示成它的质因数的乘积。(7).两个没有共同质因子的正整数称为互质。因为1没有质因子，1与任何正整数（包括1本身）都是互质。(8).只有一个质因子的正整数为质数。
6.筛质数.6.1:朴素筛法.(1).做法:把2~(n-1)中的所有的数的倍数都标记上,最后没有被标记的数就是质数.(2).原理:假定有一个数p未被2~(p-1)中的数标记过,那么说明,不存在2~(p-1)中的任何一个数的倍数是p,也就是说p不是2~(p-1)中的任何数的倍数,也就是说2~(p-1)中不存在p的约数,因此,根据质数的定义可知:p是质数.(3).调和级数:当n趋近于正无穷的时候,1/2+1/3+1/4+1/5+...+1/n=lnn+c.(c是欧阳常数,约等于0.577左右.).(4).底数越大,log数越小(4).时间复杂度:约为O(n*logn);(注:此处的log数特指以2为底的log数).6.2:埃氏筛(稍加优化版的筛法).(1).质数定理:1~n中有n/lnn个质数.(2).原理:在朴素筛法的过程中只用质数项去筛.(3).时间复杂度:粗略估计:O(n).实际:O(n*log(logn)).(4).1~n中,只计算质数项的话,"1/2+1/3+1/4+1/5+...+1/n"的大小约为log(logn).6.3:线性筛(1).若n在10的6次方的话,线性筛和埃氏筛的时间效率差不多,若n在10的7次方的话,线性筛会比埃氏筛快了大概一倍.(2).思考:一:线性筛法为什么是线性的?二:线性筛法的原理是什么?(3).核心:1~n内的合数p只会被其最小质因子筛掉.(4).原理:1~n之内的任何一个合数一定会被筛掉,而且筛的时候只用最小质因子来筛,然后每一个数都只有一个最小质因子,因此每个数都只会被筛一次,因此线性筛法是线性的.(5).枚举到i的最小质因子的时候就会停下来,即"if(i%primes[j]==0) break;".(6).因为从小到大枚举的所有质数,所以当"i%primes[j]!=0"时,primes[j]一定小于i的最小质因子,primes[j]一定是primes[j]*i的最小质因子.(7).因为是从小到大枚举的所有质数,所以当"i%primes[j]==0"时,primes[j]一定是i的最小质因子,而primes[j]又是primes[j]的最小质因子,因此primes[j]是i*primes[j]的最小质因子.(8).关于for循环的解释:注:首先要把握住一个重点:我们枚举的时候是从小到大枚举的所有质数1.当i%primes[j]==0时,因为是从小到大枚举的所有质数,所以primes[j]就是i的最小质因子,而primes[j]又是其本身primes[j]的最小质因子,因此当i%primes[j]==0时,primes[j]是primes[j]*i的最小质因子.2.当i%primes[j]!=0时,因为是从小到大枚举的所有质数,且此时并没有出现过有质数满足i%primes[j]==0,因此此时的primes[j]一定小于i的最小质因子,而primes[j]又是其本身primes[j]的最小质因子,所以当i%primes[j]!=0时,primes[j]也是primes[j]*i的最小质因子.3.综合1,2得知,在内层for循环里面无论何时,primes[j]都是primes[j]*i的最小质因子,因此"st[primes[j]*i]=true"语句就是用primes[j]*i这个数的最小质因子来筛掉这个数.

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