Eratosthenes计划的筛选

时间:2012-03-29 04:29:43

标签: recursion scheme primes sieve-of-eratosthenes imperative

我一直在网上搜索计划中的Eratosthenes Sieve的实现,虽然我想出了很多内容,但似乎没有一个像我需要它一样。

问题是大多数算法使用静态结束或使用迭代。这与我对语言缺乏了解导致我向你们所有人寻求帮助。

我需要一个Sieve的实现,它接受一个参数(直到Sieve的数字),仅使用递归并且具有一个带有#t(true)或{{1的数字的“cons”列表(false)。

基本上算法就是这样:

  1. 从2个输入列表 - 输入数字,每个数字开始为真
  2. 递归遍历并标记每个可被2 false整除的数字
  3. 然后继续列表中的下一个“真实”数字,直到只有素数被标记为真
  4. 输出列表
  5. 示例输出:

      

    > (erat-sieve 20)

         

    ((2. #t)    (3. .t)    (4。#f)    (5. .t)    (6. .f)    (7。#t)    (8。#f)    (9。#f)    (10. .f)    (11. #t)    (12. #f)    (13. #t)    (14。#f)    (15。#f)    (16。#f)    (17。#t)    (18。#f)    (19。#t)    (20。#f))

    如果您还可以对评论进行彻底的解释,那将非常感激。

    谢谢!

    REVISED ::: 所以我已经学会了一些方案来进一步解释我的问题...

    这就是列表。

    #f

    这将返回一个列表,其中除数的每个倍数都标记为false。

    (define (makeList n)
     (if (> n 2)
      (append (makeList (- n 1)) (list (cons n (and))))
      (list (cons 2 (and)))))
    

    现在这是我遇到麻烦的功能,看起来它应该可以工作,我已经手动完成了三次,但我无法弄清楚为什么它不会返回我需要的东西。

    (define (mark-off-multiples numbers divisor)
     (if (null? numbers)
      '()
      (append 
         (list (cons (car (car numbers)) 
                     (not (zero? (modulo (car (car numbers)) divisor))))) 
         (mark-off-multiples (cdr numbers) divisor))))
    

    我正在尝试做的是,正如函数名称所示,为列表中仍标记为true的每个数字调用mark-off-multiples。因此,您传入(define (call-mark-off-multiples-for-each-true-number numbers) (if (null? numbers) '() (if (cdr (car numbers)) (append (list (car numbers)) (call-mark-off-multiples-for-each-true-number (mark-off-multiples (cdr numbers) (car (car numbers))))) (append (list (car numbers)) (call-mark-off-multiples-for-each-true-number (cdr numbers)))))) ,然后调用((3.#t)(4.#t)(5.#t))获取2并返回mark-off-multiples并向其追加(3.#t)(4.#f)(5.#t)。然后它再次调用自己传递(2.#t)并使用返回(3.#t)(4.#f)(5.#t)的列表的 cdr 调用mark-off-multiples并继续沿着列表...

    然后返回的输出是一个包含所有真实的列表。

    这有希望帮助你更好地理解我的困境。

4 个答案:

答案 0 :(得分:2)

这是一个有效的解决方案。

(define (divides? m n)
  (if (eq? (modulo n m) 0)
      #t
      #f))

(define (mark-true n)
  (cons n #t))

(define (mark-divisors n ns)
  (cond ((null? ns) '())
        ((and (unmarked? (car ns)) 
              (divides? n (car ns))) 
           (cons (cons (car ns) #f) (mark-divisors n (cdr ns))))
        (else (cons (car ns) (mark-divisors n (cdr ns))))))

(define (unmarked? n)
  (not (pair? n)))

(define (eratosthenes x)
  (cond ((null? x) '())
        ((unmarked? (car x)) 
           (cons (mark-true (car x)) 
                 (eratosthenes (mark-divisors (car x) (cdr x)))))
        (else (cons (car x) (eratosthenes (cdr x))))))

(eratosthenes (list 2 3 4 5 6))

我已经使用了许多辅助函数,但如果你愿意,可以将它们添加到eratosthenes函数中。我认为它使整个业务更具可读性。

mark-true将值赋予#tmark-divisorsn个数字和一个数字列表,并将n分成#f的所有数字都包含在内。几乎其他一切都是自我解释的。 Eratosthenes按预期工作,如果第一个数字是“未标记”,则将其标记为“真实”或“素数”,然后从列表的其余部分“越过”其所有倍数,然后为每个后续“未标记”重复列表中的数字。我的eratosthenes功能基本上与你尝试用你的功能有关。我不确定你的问题是什么,但作为一项规则,帮助你制作更具可读性的东西是有帮助的。

我在DrRacket和Neil Van Dyke的SICP包中做到了这一点。我不知道你正在使用什么方案。如果您在使用此功能时遇到问题,请与我们联系。

答案 1 :(得分:1)

好的,所以SoE的重点不是测试任何可分性,而是一次只计算 p 数字:

(define (make-list n)              ; list of unmarked numbers 2 ... n
  (let loop ((i n) 
             (a '()))
    (if (= i 1)
      a            ; (cons '(2 . #t) (cons (3 . #t) ... (list '(n . #t))...))
      (loop (- i 1) (cons (cons i #t) a)))))

(define (skip2t xs)                ; skip to first unmarked number
  (if (cdar xs) xs (skip2t (cdr xs))))

(define (mark-each! k n i xs)      ; destructive update of list xs - 
  (set-cdr! (car xs) #f)           ;  mark each k-th elem,
  (if (<= (+ i k) n)               ;  head is i, last is n 
    (mark-each! k n (+ i k)
                    (list-tail xs k))))

(define (erat-sieve n)
  (let ((r  (sqrt n))              ; unmarked multiples start at prime's square
        (xs (make-list n)))
    (let loop ((a xs))
      (let ((p (caar a)))          ; next prime
        (cond ((<= p r)
               (mark-each! p n (* p p) (list-tail a (- (* p p) p)))
               (loop (skip2t (cdr a)))))))
    xs))

那样(erat-sieve 20) ==> ((2 . #t) (3 . #t) (4) (5 . #t) (6) (7 . #t) (8) (9) (10) (11 . #t) (12) (13 . #t) (14) (15) (16) (17 . #t) (18) (19 . #t) (20))


无界筛子,遵循公式

P = {3,5,7,9,...} \ U {{ p 2 p 2 + 2p p 2 + 4p p 2 < / sup> + 6p ,...} | P }

中的 p

可以使用SICP样式流定义(可以看到here):

 ;;;; Stream Implementation
 (define (head s) (car s))
 (define (tail s) ((cdr s))) 
 (define-syntax s-cons
   (syntax-rules () ((s-cons h t) (cons h (lambda () t))))) 

 ;;;; Stream Utility Functions
 (define (from-By x s)
   (s-cons x (from-By (+ x s) s)))
 (define (take n s) 
   (cond ((= n 0) '())
         ((= n 1) (list (car s)))
         (else (cons (head s) (take (- n 1) (tail s))))))
 (define (drop n s)
   (cond ((> n 0) (drop (- n 1) (tail s)))
         (else s)))
 (define (s-map f s)
   (s-cons (f (head s)) (s-map f (tail s))))
 (define (s-diff s1 s2)
   (let ((h1 (head s1)) (h2 (head s2)))
    (cond
     ((< h1 h2) (s-cons h1 (s-diff  (tail s1)       s2 )))
     ((< h2 h1)            (s-diff        s1  (tail s2)))
     (else                 (s-diff  (tail s1) (tail s2))))))
 (define (s-union s1 s2)
   (let ((h1 (head s1)) (h2 (head s2)))
    (cond
     ((< h1 h2) (s-cons h1 (s-union (tail s1)       s2 )))
     ((< h2 h1) (s-cons h2 (s-union       s1  (tail s2))))
     (else      (s-cons h1 (s-union (tail s1) (tail s2)))))))

 ;;;; odd multiples of an odd prime
 (define (mults p) (from-By (* p p) (* 2 p)))

 ;;;; The Sieve itself, bounded, ~ O(n^1.4) in n primes produced
 ;;;;   (unbounded version runs at ~ O(n^2.2), and growing worse)
 ;;;;   **only valid up to m**, includes composites above it        !!NB!!
 (define (primes-To m)
   (define (sieve s) 
    (let ((p (head s))) 
     (cond ((> (* p p) m) s) 
      (else (s-cons p 
              (sieve (s-diff (tail s) (mults p))))))))
   (s-cons 2 (sieve (from-By 3 2))))

 ;;;; all the primes' multiples, tree-merged, removed; 
 ;;;;    ~O(n^1.17..1.15) time in producing 100K .. 1M primes
 ;;;;    ~O(1) space (O(pi(sqrt(m))) probably)
 (define (primes-TM)
   (define (no-mults-From from)
       (s-diff (from-By from 2) (s-tree-join (s-map mults odd-primes))))
   (define odd-primes 
       (s-cons 3 (no-mults-From 5)))
   (s-cons 2 (no-mults-From 3)))

 ;;;; join an ordered stream of streams (here, of primes' multiples)
 ;;;; into one ordered stream, via an infinite right-deepening tree
 (define (s-tree-join sts)                               ;; sts -> s
   (define (join-With of-Tail sts)                       ;; sts -> s
     (s-cons (head (head sts))
              (s-union (tail (head sts)) (of-Tail (tail sts)))))
   (define (pairs sts)                                   ;; sts -> sts
     (s-cons (join-With head sts) (pairs (tail (tail sts)))))
   (join-With (lambda (t) (s-tree-join (pairs t))) sts))

 ;;;; Print 10 last primes from the first thousand primes
 (begin 
   (newline)
   (display (take 10 (drop 990 (primes-To 7919)))) (newline)
   (display (take 10 (drop 990 (primes-TM)))) (newline))

在麻省理工学院计划中测试。

答案 2 :(得分:1)

(define (prime-sieve-to n)
  (let* ((sz (quotient n 2)) (sv (make-vector sz 1)) (lm (integer-sqrt n)))
    (for ((i (in-range 1 lm))) 
      (cond ((vector-ref sv i)
        (let ((v (+ 1 (* 2 i))))
          (for ((i (in-range (+ i (* v (/ (- v 1) 2))) sz v)))
            (vector-set! sv i 0))))))
    (cons 2
          (for/list ((i (in-range 1 sz)) 
                     #:when (and (> (vector-ref sv i) 0) (> i 0)))
                    (+ 1 (* 2 i))))))

这是另一个方案的球拍方言,但有效率高达100,000,000。在此之上,我不会保证其效率。

答案 3 :(得分:0)

代码和解释可以在SICP 3.5.2Infinite Streams中找到 http://mitpress.mit.edu/sicp/full-text/book/book-Z-H-24.html#%_sec_3.5.2