判断素数(质数)
什么是素数
素数(Prime Number),又称质数是指在大于1的自然数中,除了1和本身之外,不能被其他自然数整除的数。例如,2、3、5、7、11等都是素数。
求解思路
要判断一个数是否为素数,一种简单的方法是试除法,即从2开始逐个试除,如果能整除则不是素数。但这种方法在判断较大的数时会比较耗时。下面介绍更高效的方法。
代码思路
- 试除法:遍历2到该数的平方根,判断该数是否能被任意一个小于等于它平方根的数整除。如果能整除,则该数不是素数;否则,该数是素数。
- 优化思路 :
- 我们只需要遍历2到该数的平方根之间的数即可,因为大于平方根的因数必然与小于平方根的因数对称。
- 此外,在判断一个数是否为素数时,我们只需要检查是否能被2到该数的平方根之间的数整除即可。而对于大于2的偶数,它们都能被2整除,因此不可能是素数。因此,在试除时,我们可以跳过所有的偶数,直接从3开始以步长为2逐个试除。这样可以减少循环的次数,提高算法效率。
复杂度分析
- 时间复杂度:假设待判断的数为n,则试除法的时间复杂度为O(√n),因为我们只需遍历2到√n之间的数进行判断。
- 空间复杂度:该算法的空间复杂度为O(1),因为只需要常数级别的额外空间来存储临时变量。
Java实现
下面是判断素数的Java代码实现:
java
public class PrimeNumber {
// 判断一个数是否为素数
public static boolean isPrime(int num) {
if (num <= 1) {
return false;
}
if (num == 2) {
return true;
}
if (num % 2 == 0) {
return false;
}
for (int i = 3; i * i <= num; i += 2) {
if (num % i == 0) {
return false;
}
}
return true;
}
public static void main(String[] args) {
// 测试
int[] testCases = {2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41};
for (int num : testCases) {
System.out.println(num + " 是素数吗?" + isPrime(num));
}
}
}