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如何優化計算少于200萬的總和的代碼

2022-03-24 02:27:30 .NET開發

我已經從Project Euler中嘗試過這個問題,我需要計算所有素數的總和直到 200 萬。

這是我想出的解決方案-

#include <stdio.h>

int main() {
    long sum = 5;  // Already counting 2 and 3 in my sum.
    int i = 5;     // Checking from 5 
    int count =  0;
    while (i <= 2000000) {
        count = 0;
        for (int j = 3; j <= i / 2; j  = 2) {
            // Checking if i (starting from 5) is divisible from 3 
            if (i % j == 0) {   // to i/2 and only checking for odd values of j
                count = 1;
            }
        }
        if (count == 0) {
            sum  = i;
        }
        i  = 2;
    }
    printf("%ld ", sum);
}

運行大約需要 480 秒,我想知道是否有更好的解決方案或提示來改進我的程式。

________________________________________________________
Executed in  480.95 secs    fish           external
   usr time  478.54 secs    0.23 millis  478.54 secs
   sys time    1.28 secs    6.78 millis    1.28 secs

uj5u.com熱心網友回復:

通過兩個小修改,您的代碼變得更快:

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main() {
  long long sum = 5;    // we need long long, long might not be enough
                        // depending on your platform
  int i = 5;
  int count = 0;
  while (i <= 2000000) {
    count = 0;

    int limit = sqrt(i);                  // determine upper limit once and for all
    for (int j = 3; j <= limit; j  = 2) { // use upper limit sqrt(i) instead if i/2
        if (i % j == 0) {
          count = 1;
          break;                          // break out from loop as soon 
                                          // as number is not prime
        }
    }
    if (count == 0) {
      sum  = i;
    }
    i  = 2;
  }
  printf("%lld ", sum);                   // we need %lld for long long
}

所有解釋都在評論中。

但肯定有更好甚至更快的方法來做到這一點。

我在我 10 年的 MacPro 上運行了這個程式,2000 萬個第一次素數大約需要 30 秒。

uj5u.com熱心網友回復:

該程式幾乎立即計算(即使在除錯中...)200 萬的總和,2000 萬只需要一秒鐘(Windows 10、10 歲的 i7 @ 3.4 GHz、MSVC 2019)。

注意:沒有時間設定我的 C 編譯器,這就是為什么在malloc.

“大”優化是存盤平方值素數,因此絕對不會測驗不可能的除數。由于在給定的整數區間內不超過 1/10 的素數(啟發式,穩健的代碼應該測驗它并primes在需要時重新分配陣列),因此時間大大縮短。

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

#define LIMIT 2000000ul     // Computation limit.

typedef struct {
    unsigned long int   p ;     // Store a prime number.
    unsigned long int   sq ;    // and its square.
} prime ;

int main() {
    prime* primes = (prime*)malloc((LIMIT/10)*sizeof(*primes)) ;        // Store found primes. Can quite safely use 1/10th of the whole computation limit.
    unsigned long int primes_count=1 ;
    unsigned long int i = 3 ;
    unsigned long long int sum = 0 ;
    unsigned long int j = 0 ;
    int is_prime = 1 ;

    // Feed the first prime, 2.
    primes[0].p = 2 ;
    primes[0].sq = 4 ;
    sum = 2 ;
    // Parse all numbers up to LIMIT, ignoring even numbers.
    // Also reset the "is_prime" flag at each loop.
    for (i = 3 ; i <= LIMIT ; i =2, is_prime = 1 ) {
        // Parse all previously found primes.
        for (j = 0; j < primes_count; j  ) {
            // Above sqrt(i)? Break, i is a prime.
            if (i<primes[j].sq)
                break ;
            // Found a divisor? Not a prime (and break).
            if ((i % primes[j].p == 0)) {
                is_prime = 0 ;
                break ;
            }
        }
        // Add the prime and its square to the array "primes".
        if (is_prime) {
            primes[primes_count].p = i ;
            primes[primes_count  ].sq = i*i ;
            // Compute the sum on-the-fly
            sum  = i ;
        }
    }
    printf("Sum of all %lu primes: %llu\n", primes_count, sum);
    free(primes) ;
}

uj5u.com熱心網友回復:

您的程式可以通過提前停止內部回圈來輕松改進:

  • i超過sqrt(j)
  • 當找到除數時。

另請注意,型別long可能不足以容納所有架構的總和。long long被推薦。

這是修改后的版本:

#include <stdio.h>

int main() {
    long long sum = 5;  // Already counting 2 and 3 in my sum.
    long i = 5;     // Checking from 5 
    while (i <= 2000000) {
        int count = 0;
        for (int j = 3; j * j <= i; j  = 2) {
            // Checking if i (starting from 5) is divisible from 3 
            if (i % j == 0) {   // to i/2 and only checking for odd values of j
                count = 1;
                break;
            }
        }
        if (count == 0) {
            sum  = i;
        }
        i  = 2;
    }
    printf("%lld\n", sum);
}

這個簡單的更改大大減少了運行時間!2000000比它快1000 倍以上:

chqrlie> time ./primesum
142913828922

real    0m0.288s
user    0m0.264s
sys     0m0.004s

但請注意,試除法的效率遠低于經典的 Eratosthenes 篩法。

這是一個簡單的版本:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    long max = 2000000;
    long long sum = 0;
    // Allocate an array of indicators initialized to 0
    unsigned char *composite = calloc(1, max   1);
    // For all numbers up to sqrt(max)
    for (long i = 2; i * i <= max; i  ) {
        // It the number is a prime
        if (composite[i] == 0) {
            // Set all multiples as composite. Multiples below the
            // square of i are skipped because they have already been
            // set as multiples of a smaller prime.
            for (long j = i * i; j <= max; j  = i) {
                composite[j] = 1;
            }
        }
    }
    for (long i = 2; i <= max; i  ) {
        if (composite[i] == 0)
            sum  = i;
    }
    printf("%lld\n", sum);
    free(composite);
    return 0;
}

對于 2000000,此代碼再快20 倍:

chqrlie> time ./primesum-sieve
142913828922

real    0m0.014s
user    0m0.007s
sys     0m0.002s

對于更大的邊界,可以通過多種方式進一步改進篩法。

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/net/447847.html

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