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analyze-prime-numbers【数据与研究】Analyze prime numbers using primality tests, factorization algorithms, prime distribution analysis, and sieve methods. Covers trial division, Miller-Rabin, Sieve of Eratosthenes, and the Prime Number Theorem. Use when determining whether an integer is prime or composite, finding prime factorizations, counting or listing primes up to a bound, or inves…
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擇行算:素測、分解、分析。算驗結而合素定理。
請分為三類擇算路。
錄類與入值。
得:明分附入值錄。
敗:入含糊(如「析 60」)→請用者明素測、分解、分析。合默為分解,疑素默為素確。
按 n 大配算測 n 為素否。
平案:n < 2 非素。n = 2 或 3 為素。n 偶且 > 2 為合。
小 n(n < 10^6):用試除。
大 n(n >= 10^6):用 Miller-Rabin 概測。
錄判:素或合,附證或證書。
首二十五素:
| Index | Prime | Index | Prime | Index | Prime |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 10 | 29 | 19 | 67 |
| 2 | 3 | 11 | 31 | 20 | 71 |
| 3 | 5 | 12 | 37 | 21 | 73 |
| 4 | 7 | 13 | 41 | 22 | 79 |
| 5 | 11 | 14 | 43 | 23 | 83 |
| 6 | 13 | 15 | 47 | 24 | 89 |
| 7 | 17 | 16 | 53 | 25 | 97 |
| 8 | 19 | 17 | 59 | ||
| 9 | 23 | 18 | 61 |
得:定答(素或合)附用算與所見證或除。
敗:Miller-Rabin 報「概素」而需確→升至定測(如 AKS 或 ECPP)。試除算太慢→換 Miller-Rabin。
全分 n 為其素冪分。
以試除取小因:
若餘 > 1 且 < 10^12:續試除至 sqrt(餘)。
若餘 > 1 且 >= 10^12:施 Pollard rho。
驗:乘諸素因(附冪)確同原 n。各因素測。
以標式呈:n = p1^a1 * p2^a2 * ... * pk^ak,p1 < p2 < ... < pk。
算複雜:
| Algorithm | Complexity | Best for |
|---|---|---|
| Trial division | O(sqrt(n)) | n < 10^12 |
| Pollard's rho | O(n^{1/4}) expected | n up to ~10^18 |
| Quadratic sieve | L(n)^{1+o(1)} | n up to ~10^50 |
| GNFS | L(n)^{(64/9)^{1/3}+o(1)} | n > 10^50 |
得:標式之全素分,乘驗。
敗:Pollard rho 多迭不得因(環察無非平 gcd)→試異 c(至少 5 次)。皆敗→餘或為素,以素測確。
析 N 內素分。
以 Eratosthenes 篩生素:
計素:算 pi(N) = N 內素數。
比於素定理:
析素隙(可):
以表呈:
Bound N: 1,000,000
pi(N): 78,498
N/ln(N): 72,382
Li(N): 78,628
Relative error (N/ln(N)): 7.79%
Relative error (Li(N)): 0.17%
Max prime gap: 148 (between 492113 and 492227)
Twin primes: 8,169 pairs
得:素計附 PNT 比與可選隙析。
敗:N 太大不能內存篩(N > 10^9)→用段篩按段處範。唯需計(非列)→用 Meissel-Lehmer 直算 pi(N)。
以獨法交核諸結。
素測:試除用→以快 Miller-Rabin 驗(或反之)。知素查表或 OEIS 序。
分解:乘諸因確同原入。獨測諸宣素因素性。
分析:抽 3-5 篩出之數獨素測。比 pi(N) 於標基出版值(pi(10^k) k = 1, ..., 9)。
pi(N) 出版值:
| N | pi(N) |
|---|---|
| 10 | 4 |
| 100 | 25 |
| 1,000 | 168 |
| 10,000 | 1,229 |
| 100,000 | 9,592 |
| 10^6 | 78,498 |
| 10^7 | 664,579 |
| 10^8 | 5,761,455 |
| 10^9 | 50,847,534 |
得:諸結獨驗無異。
敗:驗示異→重行原算開額察(如試除詳記)。常誤:篩限差一、模算整溢、誤偽素為素。
忘 n = 1 非素:例 1 既非素亦非合。諸算默誤分
模冪整溢:Miller-Rabin 算 a^d mod n 樸冪致溢。用模冪(重方各步取模)
篩差一誤:篩標合自 p^2 始非 2p。自 2p 浪時但正;自 p+1 誤
Pollard rho 環 d = n:gcd(|x - y|, n) = n→算得平因。試異多項常 c,非異始點
Carmichael 數欺 Fermat 測:561 = 3 * 11 * 17 等過諸互素基之 Fermat 素測。恆用 Miller-Rabin 非平 Fermat
混 pi(n) 與常 pi:素計函 pi(n) 與圓常 3.14159… 共記。脈須無歧
solve-modular-arithmetic —— 模算為 Miller-Rabin 與諸分解法之基explore-diophantine-equations —— 素分為解多 Diophantine 方之前置formulate-quantum-problem —— Shor 整分算接素於量算