【LeetCode-204】--计算[2,n]的所有质数--

转载自：https://leetcode-cn.com/problems/count-primes/solution/ji-shu-zhi-shu-by-leetcode-solution/

统计所有小于非负整数 n 的质数的数量。

示例 1：

输入：n = 10
输出：4
解释：小于 10 的质数一共有 4 个, 它们是 2, 3, 5, 7 。
示例 2：

输入：n = 0
输出：0
示例 3：

输入：n = 1
输出：0

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/count-primes
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代码路径：

方法1：

　　最简单粗暴的方法，双层遍历，没什么好讲的

　　时间复杂度：O(n²)

    public static int countPrimes2(int n) {
        int count = 0;
        for (int i = 2; i < n; i++) {
            if (isPrimes(i)) {
                count++;
            }
        }
        return count;
    }

    public static boolean isPrimes(int i) {
        for (int j = 2; j < i; j++) {
            if (i % j == 0) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

 方法2：

　　基于方法1的优化，在方法1的isPrimes中存在很多次的冗余的计算，在isPrimes方法中j不需要遍历到i，而只需要遍历到sqrt(n);为什么呢，假设n=12;

12 = 2 × 6
12 = 3 × 4
12 = sqrt(12) × sqrt(12)
12 = 4 × 3
12 = 6 × 2

 可以看到，后两个乘积就是前面两个反过来，反转临界点就在 sqrt(n)。

换句话说，如果在 [2,sqrt(n)] 这个区间之内没有发现可整除因子，就可以直接断定 n 是素数了，因为在区间 [sqrt(n),n] 也一定不会发现可整除因子。

时间复杂度：O(n√n)

    public static int countPrimes2(int n) {
        int count = 0;
        for (int i = 2; i < n; i++) {
            if (isPrimes(i)) {
                count++;
            }
        }
        return count;
    }

    public static boolean isPrimes(int i) {
        //j<i 优化 j*j<i
        for (int j = 2; j * j < i; j++) {
            if (i % j == 0) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

方法3：

　　基于方法2，我们可以思考，一开始2为质数，那么2*i（2*i<n）的所有数是不是都不是质数了，因为能被2整除，i为3，是质数，那么3*i的所有数也都不是质数了，那么4刚已经被2标记不是质数了，依此类推...，该算法由希腊数学家厄拉多塞（ m EratosthenesEratosthenes）提出，称为厄拉多塞筛法，简称埃氏筛。

时间复杂度：O(nloglog n)

    public static int countPrimes(int n) {
        //所有数值的状态为1,假设所有数都为质数
        int[] isPrime = new int[n];
        Arrays.fill(isPrime, 1);
        int ans = 0;
        for (int i = 2; i < n; ++i) {
            //当isPrime[i]为1时说明,小于i的数都不能将i除尽,所以计数+1
            if (isPrime[i] == 1) {
                ans += 1;
                if ((long) i * i < n) {
                    //这里从i*i开始,因为 2*i,3*i,… 这些数一定在 i 之前就被其他数的倍数标记过了,和方法2的思想是一样的,j+=i,倍数增长嘛
                    for (int j = i * i; j < n; j += i) {
                        isPrime[j] = 0;
                    }
                }
            }
        }
        return ans;
    }

 方法4：

　　

    public static int countPrimes1(int n) {
        boolean[] isPrimes = new boolean[n];
        List<Integer> primes = new ArrayList<>(n);
        Arrays.fill(isPrimes, true);

        for (int i = 2; i < n; i++) {
            if (isPrimes[i]) {
                primes.add(i);
            }
            for (int j = 0; j < primes.size() && i * primes.get(j) < n; j++) {
                isPrimes[i * primes.get(j)] = false;
                if (i % primes.get(j) == 0) {
                    break;
                }
            }
        }

        return primes.size();
    }