这是我能想到的最好的算法。
def get_primes(n):
numbers = set(range(n, 1, -1))
primes = []
while numbers:
p = numbers.pop()
primes.append(p)
numbers.difference_update(set(range(p*2, n+1, p)))
return primes
>>> timeit.Timer(stmt='get_primes.get_primes(1000000)', setup='import get_primes').timeit(1)
1.1499958793645562
还能做得更快吗?
这段代码有一个缺陷:由于numbers是一个无序集，不能保证numbers.pop()将从集合中移除最低的数字。尽管如此，它还是适用于(至少对我来说)一些输入数字:
>>> sum(get_primes(2000000))
142913828922L
#That's the correct sum of all numbers below 2 million
>>> 529 in get_primes(1000)
False
>>> 529 in get_primes(530)
True
对于最快的代码，numpy解决方案是最好的。不过，出于纯粹的学术原因，我发布了我的纯python版本，它比上面发布的食谱版本快不到50%。由于我将整个列表放在内存中，所以需要足够的空间来容纳所有内容，但它的可伸缩性似乎相当好。
def daniel_sieve_2(maxNumber):
"""
Given a number, returns all numbers less than or equal to
that number which are prime.
"""
allNumbers = range(3, maxNumber+1, 2)
for mIndex, number in enumerate(xrange(3, maxNumber+1, 2)):
if allNumbers[mIndex] == 0:
continue
# now set all multiples to 0
for index in xrange(mIndex+number, (maxNumber-3)/2+1, number):
allNumbers[index] = 0
return [2] + filter(lambda n: n!=0, allNumbers)
结果是:
>>>mine = timeit.Timer("daniel_sieve_2(1000000)",
... "from sieves import daniel_sieve_2")
>>>prev = timeit.Timer("get_primes_erat(1000000)",
... "from sieves import get_primes_erat")
>>>print "Mine: {0:0.4f} ms".format(min(mine.repeat(3, 1))*1000)
Mine: 428.9446 ms
>>>print "Previous Best {0:0.4f} ms".format(min(prev.repeat(3, 1))*1000)
Previous Best 621.3581 ms
对于Python 3
def rwh_primes2(n):
correction = (n%6>1)
n = {0:n,1:n-1,2:n+4,3:n+3,4:n+2,5:n+1}[n%6]
sieve = [True] * (n//3)
sieve[0] = False
for i in range(int(n**0.5)//3+1):
if sieve[i]:
k=3*i+1|1
sieve[ ((k*k)//3) ::2*k]=[False]*((n//6-(k*k)//6-1)//k+1)
sieve[(k*k+4*k-2*k*(i&1))//3::2*k]=[False]*((n//6-(k*k+4*k-2*k*(i&1))//6-1)//k+1)
return [2,3] + [3*i+1|1 for i in range(1,n//3-correction) if sieve[i]]
这是使用存储列表查找质数的一种优雅而简单的解决方案。从4个变量开始，你只需要测试除数的奇数质数，你只需要测试你要测试的质数的一半(测试9,11,13是否能整除17没有意义)。它将先前存储的质数作为除数进行测试。
# Program to calculate Primes
primes = [1,3,5,7]
for n in range(9,100000,2):
for x in range(1,(len(primes)/2)):
if n % primes[x] == 0:
break
else:
primes.append(n)
print primes
从2021年的答案开始，我还没有发现二进制数组方法对10亿以下的质数有利。
但我可以用几个技巧将质数从2加速到接近x2:
使用numexpr库将numpy表达式转换为分配较少的紧循环
取代np。有更快的选择
以某种方式操作筛选的前9个元素，因此不需要改变数组的形状
总之，在我的机器上，质数< 10亿的时间从25秒变成了14.5秒
import numexpr as ne
import numpy as np
def primesfrom2to_numexpr(n):
# https://stackoverflow.com/questions/2068372/fastest-way-to-list-all-primes-below-n-in-python/3035188#3035188
""" Input n>=24, Returns a array of primes, 2 <= p < n + a few over"""
sieve = np.zeros((n // 3 + (n % 6 == 2))//4+1, dtype=np.int32)
ne.evaluate('sieve + 0x01010101', out=sieve)
sieve = sieve.view('int8')
#sieve = np.ones(n // 3 + (n % 6 == 2), dtype=np.bool_)
sieve[0] = 0
for i in np.arange(int(n ** 0.5) // 3 + 1):
if sieve[i]:
k = 3 * i + 1 | 1
sieve[((k * k) // 3)::2 * k] = 0
sieve[(k * k + 4 * k - 2 * k * (i & 1)) // 3::2 * k] = 0
sieve[[0,8]] = 1
result = np.flatnonzero(sieve)
ne.evaluate('result * 3 + 1 + result%2', out=result)
result[:9] = [2,3,5,7,11,13,17,19,23]
return result
如果你接受itertools，但不接受numpy，这里有一个针对Python 3的rwh_primes2的改编版本，它在我的机器上运行速度大约是原来的两倍。唯一的实质性变化是使用bytearray而不是列表来表示布尔值，并使用压缩而不是列表推导来构建最终列表。(如果可以的话，我会把这句话作为moarningsun之类的评论。)
import itertools
izip = itertools.zip_longest
chain = itertools.chain.from_iterable
compress = itertools.compress
def rwh_primes2_python3(n):
""" Input n>=6, Returns a list of primes, 2 <= p < n """
zero = bytearray([False])
size = n//3 + (n % 6 == 2)
sieve = bytearray([True]) * size
sieve[0] = False
for i in range(int(n**0.5)//3+1):
if sieve[i]:
k=3*i+1|1
start = (k*k+4*k-2*k*(i&1))//3
sieve[(k*k)//3::2*k]=zero*((size - (k*k)//3 - 1) // (2 * k) + 1)
sieve[ start ::2*k]=zero*((size - start - 1) // (2 * k) + 1)
ans = [2,3]
poss = chain(izip(*[range(i, n, 6) for i in (1,5)]))
ans.extend(compress(poss, sieve))
return ans
比较:
>>> timeit.timeit('primes.rwh_primes2(10**6)', setup='import primes', number=1)
0.0652179726976101
>>> timeit.timeit('primes.rwh_primes2_python3(10**6)', setup='import primes', number=1)
0.03267321276325674
and
>>> timeit.timeit('primes.rwh_primes2(10**8)', setup='import primes', number=1)
6.394284538007014
>>> timeit.timeit('primes.rwh_primes2_python3(10**8)', setup='import primes', number=1)
3.833829450302801
