LeetCode-Day33 (C#) 204. 计数质数

统计所有小于非负整数 *n *的质数的数量。

示例 1:

输入:n = 10
输出:4
解释:小于 10 的质数一共有 4 个, 它们是 2, 3, 5, 7 。

示例 2:

输入:n = 0
输出:0

示例 3:

输入:n = 1
输出:0

提示:

  • 0 <= n <= 5 * 10<sup>6</sup>

方法二:埃氏筛
枚举没有考虑到数与数的关联性,因此难以再继续优化时间复杂度。接下来我们介绍一个常见的算法,该算法由希腊数学家厄拉多塞(\rm EratosthenesEratosthenes)提出,称为厄拉多塞筛法,简称埃氏筛。

我们考虑这样一个事实:如果 x 是质数,那么大于 x 的 xx 的倍数 2x,3x,… 一定不是质数,因此我们可以从这里入手。

我们设 isPrime[i] 表示数 ii 是不是质数,如果是质数则为 1,否则为 0。从小到大遍历每个数,如果这个数为质数,则将其所有的倍数都标记为合数(除了该质数本身),即 0,这样在运行结束的时候我们即能知道质数的个数。

这种方法的正确性是比较显然的:这种方法显然不会将质数标记成合数;另一方面,当从小到大遍历到数 x 时,倘若它是合数,则它一定是某个小于 x 的质数 y 的整数倍,故根据此方法的步骤,我们在遍历到 yy 时,就一定会在此时将 x 标记为 isPrime[x]=0。因此,这种方法也不会将合数标记为质数。

当然这里还可以继续优化,对于一个质数 x,如果按上文说的我们从 2x 开始标记其实是冗余的,应该直接从 x⋅x 开始标记,因为 2x,3x,,… 这些数一定在 x 之前就被其他数的倍数标记过了,例如 2 的所有倍数,3 的所有倍数等。

public class Solution {
    public int CountPrimes(int n) {
        int[] isPrim = new int[n];
        Array.Fill(isPrim, 1);
        int count = 0;
        for(int i = 2; i < n; i++){
            //default false
            if(isPrim[i] == 1){
                count++;
                for(long j = (long) i * i; j < n ; j += i){
                    isPrim[j] = 0;
                }
            }
        }
        return count;
    }
}
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