C++埃氏筛法与欧拉线性筛法求素数怎么选

雨婷小哥_8044

雨婷小哥_8044

2026-09-29

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原创

埃氏筛在n ≤ 10⁶且单次调用时完全够用,代码简洁、逻辑清晰、调试友好,适用于教学、本地预处理或leetcode小数据量题;超10⁷时性能明显下降。

c++埃氏筛法与欧拉线性筛法求素数怎么选

埃氏筛 sieve_eratosthenes 什么时候够用?

当 n ≤ 10⁶ 且你只调用一次、不频繁重算时,sieve_eratosthenes 完全够用。它代码短、逻辑直白、调试友好,适合教学、本地预处理或 LeetCode 小数据量题(如 n = 5 × 10⁵)。

常见误判点:

  • 外层循环写成 i 而不是 <code>i * i → 时间直接退化到 <code>O(n²)
  • 内层从 j = 2 * i 开始 → 大量重复标记(比如 12 被 2 和 3 各筛一次)
  • 用 int j = i * i 导致溢出(i > 46340 时 i*i 溢出)→ 必须转 long long 或加提前截断

欧拉筛 linear_sieve 真正发挥优势的场景

只有当你需要在运行时动态扩展素数表、或 n ≥ 5 × 10⁶ 且对单次耗时敏感(比如在线 OJ 卡 1s 时限),才值得上 linear_sieve。它的核心价值不是“更快”,而是“每个合数只被访问一次”。

关键约束必须满足:

  • 内层循环中,if (i % p == 0) break; 缺一不可 —— 少这句就退化成埃氏筛
  • primes 容器不能用 vector<bool></bool> 存,得用 vector<int></int> 或 vector<char></char>,否则取不到值
  • i * p 判断上界前必须先转 long long,否则 i 和 p 都接近 10⁴ 时乘积就溢出

内存与缓存行为差异直接影响实测性能

埃氏筛访问模式是跳跃式:筛 2 时访问下标 4,6,8,...;筛 3 时访问 9,12,15,... —— 这导致 CPU 缓存命中率低,尤其在 n > 10⁷ 时明显变慢。

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欧拉筛是顺序写入:is_composite[i * p] 的 i 递增、p 来自小素数列表,地址局部性好。但多一个 primes 数组,空间占用略高约 π(n) × sizeof(int)(π(10⁷) ≈ 664579)。

所以:若你内存受限(比如嵌入式环境),或只需查少量素数(n ),别硬套线性筛。

别忽略初始化和复用成本

两种筛法都需一次性初始化布尔数组。但很多人忘了:如果你要反复查询不同 n 值下的素数个数(比如多次调用 countPrimes(q)),埃氏筛每次都要重筛;而欧拉筛只要筛到全局最大 N,后续所有 q ≤ N 都可 O(1) 查前缀和。

此时真正该写的是:

  • 一次 linear_sieve(MAX_N)
  • 配套 vector<int> prefix</int> 记录前缀素数个数
  • 查询直接 return prefix[q]

这个组合才是工业级用法。单独谈“哪个筛快”没意义——快慢取决于你怎么用,而不是函数名本身。

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