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为什么Eratosthenes筛子的第二个循环从当前素数的平方开始?

Eratosthenes筛子是一种用于找出一定范围内所有素数的算法。它的第二个循环从当前素数的平方开始,是因为这样可以避免重复标记非素数。

具体来说,Eratosthenes筛子的算法步骤如下:

  1. 创建一个长度为n+1的布尔数组,用于标记数字是否为素数,初始时全部标记为true。
  2. 从2开始,将2的倍数(除2以外)标记为非素数(即false)。
  3. 找到下一个未被标记为非素数的数字,即为下一个素数。
  4. 将该素数的倍数(除该素数以外)标记为非素数。
  5. 重复步骤3和4,直到找不到下一个未被标记的数字。

为了理解为什么第二个循环从当前素数的平方开始,我们可以考虑一个例子。假设我们要找出范围为1到100的所有素数。

首先,我们从2开始,将2的倍数(除2以外)标记为非素数。然后,我们找到下一个未被标记的数字3,将3的倍数(除3以外)标记为非素数。接着,我们找到下一个未被标记的数字5,将5的倍数(除5以外)标记为非素数。依此类推,我们找到下一个未被标记的数字7,将7的倍数(除7以外)标记为非素数。

现在,我们来考虑为什么第二个循环从当前素数的平方开始。假设当前素数为p,如果我们从p的下一个数开始标记倍数,即从p+1开始,那么在之前的循环中,已经有其他素数的倍数被标记为非素数了。这些已经被标记的倍数中,一定存在一个小于p的素数q,且q的倍数也被标记为非素数。那么在当前循环中,当我们到达q时,它的倍数已经被标记过了,因此从q的下一个数开始标记是多余的。

因此,为了避免重复标记,第二个循环从当前素数的平方开始,即从p^2开始。这样可以确保在当前循环中,所有小于p的素数的倍数都已经被标记过了,避免了重复工作,提高了算法的效率。

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