P9420 [蓝桥杯 2023 国 B] 双子数--最高效的质数筛【埃拉托斯特尼筛法】

P9420 [蓝桥杯 2023 国 B] 双子数

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题目

在这里插入图片描述

分析

首先,我们如何找到双子数?

1)找到所有质数满足范围内的质数(即至少质数^2<=23333333333333)

我们看见双子数x的范围2333<=x<=23333333333333,又因为
x = p² × q²,所以 p 和 q 的取值不能太大。代码中筛选出所有小于等于 5,000,000 的质数(这个范围足够覆盖所有可能的组合)。
2)遍历质数对
对于每一对不同的质数 p 和 q(假设 p < q),计算 p² × q²,检查是否在目标区间内。

最后我再介绍一下
介绍一下最高效的质数筛【埃拉托斯特尼筛法】

for (int i = 2; i <= sqrt(N); i++) {if (isprime[i] == 0) {//标记非质数为 1for (int j = i * i; j <= N; j += i)isprime[j] = 1;//这一步为埃拉托斯特尼筛法的核心步骤!}}

首先定义一个数组isprime[i]用于标记i是否为质数,不同的是,将非质数标记为1

为什么从i*i开始遍历
比i * i 更小的 i 的倍数(例如 2* i、3* i、…、(i-1)* i)已经被之前更小的质数标记过了。例如:

当 i=5 时,25=10 已经被 i=2 循环时标记。
3
5=15 已经被 i=3 循环时标记。
所以第一个未被标记的 i 的倍数是 i*i=25。

为什么j+=i而不是j++?
这一步的目的是按步长 i 递增,标记所有 i 的倍数

具体例子(以 i=5 为例)
初始时:i=5(且 i 是质数)。
标记起点:j = 5*5 = 25。
标记过程:
标记 25 为非质数 → j += 5 → 30。
标记 30 为非质数 → j += 5 → 35。
依此类推,直到 j 超过 N。

时间复杂度是 O(n log log n),是效率最高的质数筛选算法之一!

代码

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <math.h>
#include <queue>#include <cctype>
using namespace std;
const int N = 5e6;
//为什么是5X10^6,因为x=p^2+q^2,当p=5e6已经能覆盖所有可能的x范围;
int isprime[N];int prime[N];
int main() {//开始筛2~N中的质数【递推实现】for (int i = 2; i <= sqrt(N); i++) {if (isprime[i] == 0) {//标记非质数为 1for (int j = i * i; j <= N; j += i)isprime[j] = 1;//这一步为埃拉托斯特尼筛法的核心步骤!单独见分析}}//收集所有质数到primeint cnt = 0;for (int i = 2; i <= N; i++) {if (isprime[i] != 1)prime[cnt++] = i;}int ans = 0;for (int i = 0; i < cnt; i++) {long long p2 = 1LL * prime[i] * prime[i]; //计算p^2if (p2 * p2 > 23333333333333)break;for (int j = i + 1; j < cnt; j++) {long long q2 = 1LL * prime[j] * prime[j];long long temp = q2 * p2;if (temp < 2333)continue;//结果小了,跳过本次循环,接着往后遍历if (temp > 23333333333333)break;//结果打了,已经找到头了,终止循环ans++;//如果满足2333<=temp<=23333333333333,则记录答案}}cout << ans << endl;return 0;
}

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