Eratosthenovo síto

Article on other languages:

del.icio.us del.icio.us
Digg Digg
Furl Furl
Reddit Reddit
Rojo Rojo
Add to OnlyWire

Eratosthenovo síto je jednoduchý algoritmus pro nalezení všech prvočísel menších než zadaná horní mez. Je pojmenován po řeckém matematikovi Eratosthenovi z Kyrény, který žil v letech 276194 př. n. l.

Algoritmus funguje „prosíváním“ seznamu čísel – na počátku seznam obsahuje všechna čísla v daném rozsahu (2, 3, 4, …, zadané maximum). Poté se opakovaně první číslo ze seznamu vyjme, toto číslo je prvočíslem; ze seznamu se pak odstraní všechny násobky tohoto čísla (což jsou čísla složená). Tak se pokračuje do doby, než je ze seznamu odstraněno poslední číslo (nebo ve chvíli, kdy je jako prvočíslo označeno číslo vyšší než odmocnina nejvyššího čísla – v takové chvíli už všechna zbývající čísla jsou nutně prvočísly). Časová složitost tohoto algoritmu je O(N*log(log N)), kde N je horní mez rozsahu.

Obsah

Příklad

Pro nalezení prvočísel mezi prvními 20 čísly:

Krok 1: Seznam obsahuje všechna čísla v rozsahu 2–20:

Seznam: 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Krok 2: Odebereme první číslo ze seznamu (2) a označíme ho jako prvočíslo:

Známá prvočísla: 2
Seznam: 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Krok 3: Odebereme ze seznamu všechny násobky právě odebraného prvočísla (4, 6, 8, 10, …):

Známá prvočísla: 2
Seznam: 3 5 7 9 11 13 15 17 19

Krok 4: Pokračujeme opět krokem 2, dokud zbývají nějaká čísla (první číslo v seznamu a také prvočíslo je tentokrát 3):

Známá prvočísla: 2 3
Seznam: 5 7 11 13 17 19

Po dalším opakování:

Známá prvočísla: 2 3 5
Seznam: 7 11 13 17 19

5 je vyšší než √19, takže zbývají už jen prvočísla. (Kdyby ještě existovalo v seznamu číslo X, které je součinem dvou celých čísel A·B, musel by první činitel A být menší než √X a druhý činitel B by musel být větší než √X. Všechny násobky celých čísel menších než √20 jsou již ale ze seznamu odebrány, včetně X. Tím pádem se již v seznamu nenachází žádné číslo, které lze rozložit na součin.)

Výsledný seznam prvočísel v rozsahu 2–20: 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19.

Zdrojový kód v jazyce Pascal

 program ErSito;
 const
   MaxN = 20;
 var
   Pole: array [2 .. MaxN] of boolean;
   i, j: integer;
 begin
   {inicializace: nejprve předpokládáme, že vše jsou prvočísla}
   for i := 2 to MaxN do 
     Pole[i] := true;
   i := 1;
   repeat
     i := i + 1;
     {najdeme prvni cislo, u kterého je true}
     while (i<MaxN) and (not Pole[i]) do i := i + 1;
     {optimalizace: nemá smysl hledat násobky nižších čísel označené dříve}
     j := i;
     {najdeme všechny násobky daného prvočísla, které tudíž nejsou prvočísla}
     while j*i<=MaxN do
        begin
          Pole[j*i] := false;
          j := j + 1;
        end;
   until i>=sqrt(MaxN); {optimalizace: stačí hledat pouze po odmocninu z MaxN}
   {výpis prvočísel}
   for i := 2 to MaxN do
     if Pole[i] then
       Writeln(i);
 end.

Zdrojový kód v jazyce Java

  int MaxN = 1024;        
  boolean[] Pole = new boolean[MaxN+1];
  int i,j;
  for (i=2;i<(MaxN+1);i++) { /* Inicializace pole (vse jsou prvocisla a postupne budem vyrazovat) */
    Pole[i] = true; 
  }
  i=2;
  while (i*i <= MaxN) { /* dokud mocnina prvniho cisla na seznamu je mensi nez nejvetsi */
    if (Pole[i]){       /* pokud je i stale na seznamu (nezkoumej nasobky 4, kdyz jsme uz vyhodili nasobky 2 */
      j=2;              /* j bude novy nasobek */
      while (i*j <= MaxN) {
        Pole[j*i] = false; /* cislo slozene */
        j++;
      }         
    } 
    i++;
  }

Zdrojový kód v jazyce C++

#include <iostream>
#include <set>
using namespace std;
 
int main()
{
 
   int max;
   cout << "Zadejte cislo do ktereho chcete vypsat prvocisla" << endl;
   cin >> max;
 
   set<int> sito, prvocisla;
   set<int>::iterator p;
   int dalsi, nasobek;
 
   for (int i = 2; i <= max; i++)
      sito.insert(i);
 
   dalsi = 2;
   while (!sito.empty())
   {
      while (sito.count(dalsi) == 0) dalsi++;
      prvocisla.insert(dalsi);
      nasobek = dalsi;
      while (nasobek <= max)
      {
         sito.erase(nasobek);
         nasobek += dalsi;
      }
   }
 
   for (p = prvocisla.begin(); p != prvocisla.end(); p++)
      cout << *p << ' ';
   cout << endl;
}

Zdrojový kód v jazyce Python

MaxN = 1024                                              #horni hranice seznamu cisel
SeznamN = range(2,MaxN+1)                                #vytvoreni seznamu cisel v rozpeti <2,1024>
Prvocisla = []                                           #vytvoreni (prozatim) prazdneho seznam prvocisel
while SeznamN[0]**2 <= SeznamN[-1]:                      #Dokud bude ctverec prvniho prvku SeznamuN mensi nebo roven poslednimu
                                                         #prvku SeznamuN, vykonej:
    Prvocisla.append(SeznamN[0])                         #    1)K seznamu Prvocisla pripoj prvni cislo ze SeznamuN
    Nasobky = range(SeznamN[0],SeznamN[-1]+1,SeznamN[0]) #    2)Vytvor seznam nasobku naposledy pripojeneho Prvocisla
    for k in Nasobky:                                    #    3)Pro kazde cislo "k" v seznamu Nasobky:
        if k in SeznamN:                                 #        1)Pouze pokud se k naleza v SeznamuN:
            SeznamN.remove(k)                            #            1)Odstran cislo/nasobek k ze SeznamuN;kod se opakuje od 4 radku
                                                         #Prvni cislo v seznamu je vetsi jak odmocnina z cisla posledniho a tedy
Prvocisla.extend(SeznamN)                                #zbyla cisla jsou prvocisla. Extend je podobne k append.
print Prvocisla                                          #Zobraz vysledek!

Zdrojový kód v jazyce PHP

function erPrimes($max)
{
	$numbers = range(2,$max,1); //inicializuji si pole cisel od 2 do $max po jedne
	$primes = array(); // inicializace vystupniho pole
	while (list($key,$value) = each($numbers)) { // nactu si dalsi cislo z pole
		if ($value) { // zjistim jestli cislo uz neni vynulovane
			for ($i=1;($exp = $value*$i) < $max;$i++) { // vynuluju vsechny nasobky aktualniho cisla
				$numbers[$exp-2] = null; /* ///Opraveno/// U $exp musí být -2,
                                                         / protože bychom při testování trojky
                                                         / odebrali pětku - pole $numbers totiž vypadá takto:
                                                         / Array ( [0] => 2 [1] => 3 [2] => 4 [3] => 5 ... [97] => 99 [98] => 100 )
                                                         / Jak jste si mohli všimnout číslo 5 má index 3 a číslo 3 má index 1,
                                                         / a zde nastává problém, kdybychom neodečetli od indexu dvojku, tak namísto
                                                         / to, abychom vynulovali všechny násobky daného čísla, tak nulujeme nasobky
                                                         / daného čísla zvětšeného o 2. Příklad:
                                                         / Testujeme č. 3: Vynásobíme jedničkou, dostaneme trojku,
                                                         / ale podle původního kódu bychom vymazali pětku,
                                                         / protože proměnná $numbers s indexem 3 odkazuje na 5,
                                                         / a proto musíme kód ošetřit tak,
                                                         / aby index odkazoval na správné číslo, tzn. chceme vymazat trojku,
                                                         / takže chceme aby proměnná $numbers s indexem 3 vymazala trojku.
                                                         / Takže když na trojku odkazuje $numbers s indexem 1, tak musíme zařídit,
                                                         / aby se index 1 opravdu rovnal, a proto je tam ta -2.
                                                         / Číslo 3 je pouhý příklad, toto by nastalo u všech dalších čísel.
                                                        */
			}
			$primes[] = $value; // pridam si zjistene prvocislo do vystupu
		}
	}
	return $primes;
}

Externí odkazy

This article is from Wikipedia. All text is available under the terms of the GNU Free Documentation License.


Giant Panda

Mercedes Car
James Bond Guide
This site monitored by SitePinger.net