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leetcode 204. Count Primes 埃拉托斯特尼筛法 python3

热度:73   发布时间:2024-01-25 23:08:00.0

一.问题描述

Count the number of prime numbers less than a non-negative number, n.

Example:

Input: 10
Output: 4
Explanation: There are 4 prime numbers less than 10, they are 2, 3, 5, 7.

二.解题思路

最基本的方法:迭代从1~n,判断,1~根号i能否被i整除(假设i是当前迭代的数)。这个方法可以想象得到会很慢。

不过我还没在leetcode里面跑过,不知道会不会超时。

时间复杂度O(N*N)

因为之前写过类似的题目,知道求范围内的质数是有一个高效的算法的:

Sieve of Eratosthenes-埃拉托斯特尼筛法,简称埃氏筛。以前的博客好像写过这个算法,不大记得是哪一个了,就再写一遍吧。。。。

简单来说记住一点,任何一个合数都有质因子,所以如果把质数的倍数全部去掉(最初只知道2是质数),那么剩下的就是质数。

然后我们一开始初始化,假设所有数都是质数,数组值全为1,

1.i从2开始迭代(我们知道2是第一个质数),然后2的倍数全为合数,设置为0(相当于去掉了)

2.读取剩下数中最小的数(假设我们把那些数已经去掉了,实现的时候是设置为0,相当于找第一个为1的数),从i+1开始迭代,如果i+1为1(说明是质数),结果+1,(i+1)的倍数全为合数,设置为0,重复直到n。

可能有人会问为啥i+1为1的话就一定为质数,简单说明一下,

因为我们是顺序处理的,如果i+1值为1并且为合数,这就说明i+1有一个小于它自己的质因子j, j<i+1,

如果存在这样一个质因子j,那么在之前迭代到j的时候,就会设置它的倍数为0,然后i+1是j的倍数,所以i+1不可能值为1.

所以顺序处理是关键。

3.最后求和数组中值为1的数量就是结果。

注意:0和1记得提前赋值,不是质数。

时间复杂度:(NlogN)

还不懂的话给一篇博客参考详细的算法:找质数算法之埃拉托色尼筛选法(Sieve of Eratosthenes算法)

实现优化:

对于实现来说我们可以进一步优化,

我们现在的做法是,如果i是质数,那么2*i,3*i,4*i分别设置为0,其实这是有重复操作的。

我们只需要从i*i开始就好了。

因为2*i,3*i,4*i,这些小于i*i的数,都会在迭代到i之前就被处理了,比如说2*i,在迭代到2的时候,2的倍数就全被设置为0了。

时间复杂度:O(logN*logN)。

更多leetcode算法题解法: 专栏 leetcode算法从零到结束  或者 leetcode 解题目录 Python3 一步一步持续更新~

三.源码

普通的那个方法我就没有实现,

版本一是不用切片自己写while,版本二是没有优化的,版本三是优化的,运行大概时间写在注释里。

#version 1 1300ms
#attention: in this version, if a number is a prime, the vaule in array is 0 not 1
class Solution:def countPrimes(self, n: int) -> int:if n==0:return 0rst=0n_primes=[0]*ni=1while i<n-1:i+=1if n_primes[i]==1:continueelse:rst+=1t=iwhile t+i<=n-1:t+=in_primes[t]=1return rst#version2 430ms
class Solution:def countPrimes(self, n: int) -> int:if n<=2:return 0n_primes=[1]*nn_primes[0],n_primes[1],i=0,0,2while i<n:if n_primes[i]==1:n_primes[i+i:n:i]=[0]*((n-i-1)//i)i+=1return sum(n_primes)#version3 120msdef countPrimes(self, n: int) -> int:if n<=2:return 0n_primes=[1]*nn_primes[0],n_primes[1],i=0,0,2while i*i<n:if n_primes[i]==1:n_primes[i*i:n:i]=[0]*((n-1-i*i)//i+1)i+=1return sum(n_primes)

 

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