C++如何判断一个长整数是否为史密斯数(Smith-Number)

秋强同学_9890

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2026-07-01

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原创

史密斯数是合数,且其各位数字之和等于所有质因数(含重复)的各位数字之和;例如27=3×3×3,2+7=9,3+3+3=9,故为史密斯数;质数和1均不符合定义。

c++如何判断一个长整数是否为史密斯数(smith-number)

什么是史密斯数?先看判定逻辑

史密斯数是一个合数,且它的各位数字之和等于其所有质因数(含重复)的各位数字之和。注意两点:必须是合数(即 >1 且非质数),且质因数分解后要“展开”——比如 378 = 2 × 3 × 3 × 3 × 7,质因数数字和是 2 + 3 + 3 + 3 + 7 = 18,而 378 的各位数字和是 3 + 7 + 8 = 18,所以它是史密斯数。

关键陷阱:别漏掉“合数”判断;别把质数当成史密斯数(质数不满足定义);质因数要按实际出现次数累加,不是去重后求和。

如何高效分解长整数的质因数(long long 范围)

对 long long(通常为 64 位),试除法上限只需到 sqrt(n),但要注意剩余的 n > 1 时它本身一定是质因数(且只出现一次)。别用埃氏筛预处理——对单个数不划算,还可能越界。

  • 从 2 开始试除,每次除尽就累加该因数的各位数字和(比如除以 3 三次,就加三次 3)
  • 只试到 i * i ,避免 <code>i 溢出:用 i 更安全
  • 循环结束后若 n > 1,说明这个 n 是质数,也要计入数字和

示例:int digitSum(long long x) { int s = 0; while (x) { s += x % 10; x /= 10; } return s; }

合数判断不能只写 n > 1 && !isPrime(n)

isPrime 对大数容易超时或出错,而史密斯数判定中,“合数”检查其实可以合并进质因数分解过程:如果分解出 ≥2 个质因数(含重复),或分解后剩下一个 >1 的因子且原数 ≠ 那个因子(即不是质数),就说明是合数。更稳妥的做法是——在质因数分解前先快速排除小质数:

C++14
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  • n → false
  • n == 2 || n == 3 || n == 5 || n == 7 → false(质数)
  • n % 2 == 0 && n != 2 → 合数(偶数且≠2)
  • 否则跑一遍试除,记录质因数个数(含重复):若总个数为 1 且没剩余 → 是质数 → false;否则 true

别依赖单独调用 isPrime,容易重复计算,也易在边界(如 4、9)上出错。

完整判断函数的关键细节

把数字和计算、质因数分解、合数验证串成一条流水线,中间不存中间数组——边分解边累加质因数数字和,既省空间又防溢出。

  • 先算原数数字和 sumDigits(n)
  • 再做质因数分解,同时累计质因数数字和 sumFactors,并计数是否至少有两个因子(或一个因子但有剩余)
  • 若 n 是质数(即分解后只剩自己且没被除过),直接返回 false
  • 最后比较 sumDigits(n) == sumFactors

特别注意:4 是最小史密斯数(4 = 2×2,数字和都是 4),1、2、3、5、7、11 等质数全排除;6 = 2×3 数字和是 6 vs 2+3=5 → 不是。

真正容易卡住的是大合数的质因数分解效率和 long long 除法溢出边界——i 比 <code>i * i 安全得多。

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