#题解 哥德巴赫猜想(升级版)

我们先读读题目

题目背景
1742年6月7日哥德巴赫写信给当时的大数学家欧拉,正式提出了以下的猜想:任何一个大于9的奇数都可以表示成3个质数之和。质数是指除了1和本身之外没有其他约数的数,如2和11都是质数,而6不是质数,因为6除了约数1和6之外还有约数2和3。需要特别说明的是1不是质数。

这就是哥德巴赫猜想。欧拉在回信中说,他相信这个猜想是正确的,但他不能证明。

从此,这道数学难题引起了几乎所有数学家的注意。哥德巴赫猜想由此成为数学皇冠上一颗可望不可及的“明珠”。

题目描述
现在请你编一个程序验证哥德巴赫猜想。

先给出一个奇数n,要求输出3个质数,这3个质数之和等于输入的奇数。

输入格式
仅有一行,包含一个正奇数n,其中9<n<20000

输出格式
仅有一行,输出3个质数,这3个质数之和等于输入的奇数。相邻两个质数之间用一个空格隔开,最后一个质数后面没有空格。如果表示方法不唯一,请输出第一个质数最小的方案,如果第一个质数最小的方案不唯一,请输出第一个质数最小的同时,第二个质数最小的方案。

输入输出样例
输入 #1
2009
输出 #1
3 3 2003
读完题后我们的第一反应是三层嵌套for循环,找到数后判断是否符合题意,但是这未免太麻烦了,如果数据过大就会有超时的风险。有没有更方便的办法?肯定有!!!,在进入正题之前,我们要先了解一件事,那就是所有的质数中,只有一个是偶质数,那就是2,所以只有两种情况:
1.两个二加上一个奇数
2.三个奇数相加
这样我们就可以先把第一情况给写完。

if(n-4 /*是质数*/){ 
		cout << "2" << " " << "2" << " " << n-4;
		return 0;//这里任务已完成,可以退出程序
	}

那如何判断一个数是不是质数呢,用for循环一个一个试?还是用其他质数筛法吧,今天我们尝试使用埃氏筛,埃氏筛的详解请Ctrl+单击访问 https://aaron-mhx.github.io/post/ai-shi-shai/ ,在这儿,我们先加上函数版的埃氏筛:

    bool zs[20100];//指示数组:是否为质数
void ass(){//埃氏筛:埃氏筛详解:https://aaron-mhx.github.io/post/ai-shi-shai/
	memset(zs,1,sizeof(zs));//赋值为“是质数”(真为质数,假为合数) 
	zs[0] = zs[1] = 0;
	for(int i = 2; i <= n; i++){
		if(zs[i]){
			sum ++;
			for(int j = 2; i*j <= n; j++){//质数的倍数都是合数 
				zs[i*j] = 0;
			}
		}
		
	}
	return;
}

使用埃氏筛的好处有很多:1.只用执行一次,数据调用时只需要访问数组zs就可以了 2.时间复杂度低,仅为O(nloglogn)。所以刚才的代码就可以改成:

    ass(); //调用函数
	if(zs[n-4]){//因为2是唯一的偶质数,单独看。 
		cout << "2" << " " << "2" << " " << n-4;
		return 0;//这里任务已完成,可以退出程序
	}

接下来到了重头戏:第二种情况三个奇质数相加

因为我们已经将偶数排除在外,所以for循环可以从3开始,每次加2,找到第一个数后,zs数组又派上用场了。我们要判断找到的数,是否为质数,是质数才进行下一层循环,下一层循环也是同理。但是找到了前两个数后,第三个数(n-i-j)不也找到了吗,只需要再判断第三个数是不是质数就行了。这是第二种情况的代码:

    for(int i = 3; i < n; i+=2){//优化:除2之外没有其他偶质数
		if(zs[i]){//是质数才执行 
			for(int j =3; j < n-i; j+=2){
				if(zs[j] && zs[n-i-j]){
					cout << i << " " << j << " " << n-i-j;
					return 0;
				}
			} 
		} 
	}

接下来,又到了喜闻乐见的完整代码了,还是强调禁止抄袭

#include<bits/stdc++.h>//万能头文件 
using namespace std;
bool zs[20100];//指示数组:是否为质数
int ass(int n){//埃氏筛:埃氏筛详解:https://aaron-mhx.github.io/post/ai-shi-shai/
	int sum = 0;//质数数量 
	memset(zs,1,sizeof(zs));//赋值为“是质数”(真为质数,假为合数) 
	zs[0] = zs[1] = 0;
	for(int i = 2; i <= n; i++){
		if(zs[i]){
			sum ++;
			for(int j = 2; i*j <= n; j++){//质数的倍数都是合数 
				zs[i*j] = 0;
			}
		}
		
	}
	return sum;
}

//******************************* 
int main(){
	//freopen("1.in","w",stdin);定义输入文件,这个语句执行一次后,一定要注释掉,不然你会疯的
	//freopen("1.in","r",stdin);读取输入文件
	//freopen("1.out","w",stdout);这些比赛时才用得着,了解一下吧
	//**********文件**************
	
	int n;//这就是我们要分解的那个数 
	cin >> n;
	ass(20010); 
	if(zs[n-4]){//因为2是唯一的偶质数,单独看。 
		cout << "2" << " " << "2" << " " << n-4;
		return 0;//这里任务已完成,可以退出程序
	}
	for(int i = 3; i < n; i+=2){//优化:除2之外没有其他偶质数
		if(zs[i]){//是质数才执行 
			for(int j =3; j < n-i; j+=2){
				if(zs[j] && zs[n-i-j]){
					cout << i << " " << j << " " << n-i-j;
					return 0;
				}
			} 
		} 
	}
	
	return 0;//养成良好的习惯 
}