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
}