试图解决Project Euler#10,但代码显示输出需要花费大量时间



Project Euler问题10:

低于10的素数之和为2+3+5+7=17。

求所有200万以下素数的和。

我认为我的代码中没有任何错误。但要给出答案确实需要很多时间。我尝试过使用PyPy,因为我听说它比CPython解释器更快,但仍然不好。

这是代码:

#Implementation of Sieve of Eratosthenes
def prime_sieve(limit):
    primes = range(2, limit)
    for i in primes:
        for j in range(2, primes[-1]):
            try:
                primes.remove(i*j)
            except ValueError:
                pass
    return primes;

answer = 0
for x in prime_sieve(2000000):
    answer += x
print "Answer: %d." % answer
raw_input()

问题是:

primes.remove(i*j)

在大列表上调用.remove()时效率非常低,因为它首先必须遍历整个列表,以确定值存在的位置(如果有的话),然后必须再次遍历列表的一部分,以将删除的元素之后的所有元素下移一个位置。

这里还有其他更有效的方法可以使用数据结构(包括使用列表的其他方法和完全使用其他数据结构)。

最后:您的代码在对primes进行迭代的同时修改它(这就是for i in primes正在做的)。这通常被认为是一件坏事,因为在迭代过程中修改某个东西可能是未定义的行为。

素数筛的正确数据结构是一个由整数值索引的位集。Python没有内置其中一个,但由于您的限制很小(只有200万),一个常规的整数列表应该可以放在内存中,即使它浪费了30倍或更多(大约需要9 MB,而C中的等效位集需要250 KB)。

对于速度来说,重要的是永远不要访问数组,除非通过立即直接索引(因此没有删除/移除)。此外,将筛子的外循环限制为sqrt(极限),并将循环推进到下一个素数,而不是下一个值。

所以像这样的东西应该很快(在我的旧机器上用香草Python 2.7大约需要2秒)

import math, sys
def prime_sieve(limit):
    # Mark everything prime to start
    primes = [1 for x in xrange(limit)]
    primes[0] = 0
    primes[1] = 0
    # Only need to sieve up to sqrt(limit)
    imax = int(math.sqrt(limit) + 1)
    i = 2
    while (i < imax):
        j = i + i
        while j < limit:
            primes[j] = 0
            j += i
        # Move i to next prime
        while True:
           i += 1
           if primes[i] == 1:
               break
    return primes
s = prime_sieve(2000000)
print(sum(i for i in xrange(len(s)) if s[i] == 1))

一个更有效的想法是这样的:

您从列表开始:

[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]

您希望将每个不是素数的元素都设置为0,并保留素数。

将0和1设置为零,因为它们不是素数。从现在起,你需要做这两件事步骤:

1) 找到你还没有考虑过的最小素数,我们称之为n

2) 将每个第n个元素设置为0(但不是n),因为它们是n个的倍数

例如:将0和1设置为0s后:

[0,0,2,3,4,5,6,7,8,9,10]

你没有考虑过的最小素数是2,所以你把每一秒的元素都设置为零(但不是2):

[0,0,2,3,0,5,0,7,0,9,0]

你没有考虑过的最小素数是3,所以你把每三个元素都设置为零(但不是3),以此类推…:

[0,0,2,3,0,5,0,7,0,0,0]

还要注意,你不必对每个素数都这样做,一旦素数达到sqrt(极限),你就可以停止,因为你知道所有的非素数都被设置为零。

例如,10的平方根(在这种情况下是极限)是3.162,这意味着当我们达到5时,我们不必做任何事情,并且我们已经完成了。但为什么呢?我们使用每个素数将其倍数设置为零,因为这些倍数不是素数;然而,由于5大于10的平方根,因此5的任何倍数都必须是小于5的数字的倍数,因此已经设置为0。

假设我们最初的范围是从20到20。20的平方根小于5,所以我们不需要检查5,因为5的所有倍数:5*2=10,5*3=15,5*2*2=20都是较小素数的倍数,我们已经将它们设置为0。

这里有一个简单版本的埃拉托斯特尼筛,适用于计算和,而不是形成小于n的素数列表:

def sumPrimes(n):
    sum, sieve = 0, [True] * n
    for p in range(2, n):
        if sieve[p]:
            sum += p
            for i in range(p*p, n, p):
                sieve[i] = False
    return sum

有更好的方法来进行筛选,但上面显示的函数对于这个Project Euler问题来说已经足够了;它应该在大约一秒钟内返回总数。如果你对素数编程感兴趣,我会在博客上推荐这篇文章。

    def isPrime(n):
        if n < 2: return "Neither prime, nor composite"
        for i in range(2, int(n**0.5) + 1):
            if n % i == 0:
                return False
        return True

 def sumPrime():
        sumT = 0
        for i in range(2,2000000):
            if(isPrime(i)):
                sumT = sumT + i
        return sumT

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